2015 年 9 月 14 日，人类首次直接探测到双黑洞并合引力波事件 GW150914，开启了引力波天文学的新纪元。十年来，LIGO、Virgo 与 KAGRA（LVK）通过抑制激光干涉仪中的经典与量子噪声，大幅提升了探测灵敏度，如今已能平均每三天观测到一次黑洞并合事件。迄今为止，LVK 共探测到约300 例黑洞并合，其中约 220 例是在最近一轮科学运行中发现的候选事件，数量超过前三轮总和的两倍。

在这一背景下，2025 年 1 月 14 日到达地球的引力波事件 GW250114 成为十周年的里程碑发现。该信号与十年前的 GW150914 类似，来自两颗约 30–40 倍太阳质量的黑洞并合，距离地球约 13 亿光年。但得益于十年技术进步，GW250114 信号比GW150914清晰三倍以上，信噪比高达80，使得我们得以前所未有地“听见”并合后的铃宕（ringdown），并直接验证斯蒂芬·霍金的黑洞面积定理。如图1所示，来自 LIGO汉福德（Hanford）与利文斯顿（Livingston） 两台探测器的数据与广义相对论模型高度吻合，展示了典型的啁啾（Chirp）和铃宕信号。

图 1：LIGO汉福德 （左）与利文斯顿（右）探测到的 GW250114 信号。上图显示原始数据（灰色）与广义相对论模型拟合（红/蓝色曲线）的一致性；下图为时频（time-frequency）谱，清晰展示了黑洞并合时从 30 Hz 上升至 250 Hz 的啁啾信号。（图片来源：LVK 合作组）

霍金在1971年提出，黑洞的总表面积在演化过程中不会减少，即霍金面积定理。此次观测首次以超过 99.999% 的置信度确认，GW250114 并合后的黑洞面积确实大于两个初始黑洞面积之和——从约 24 万平方公里增加至约 40 万平方公里。如图2所示，黑洞并合前后面积的分布完全落在“面积增加”的区域，与广义相对论预言的约 65% 增长高度一致。这不仅是对霍金定理的直接观测验证，更为研究黑洞熵与量子引力理论提供了坚实证据。

图 2：GW250114 黑洞并合前后面积的统计分布。横轴为合并后面积与合并前面积差的归一化比值。概率分布明显落在零点右侧（面积增加），并与广义相对论的理论预言高度符合，显示面积增加约 65%。（图片来源：LVK 合作组）

相关成果已发表在Phys. Rev. Lett. 135, 111403 (2025)。此次重大发现由 LVK 国际合作团队完成，包括清华大学、中国科学院大学、北京师范大学、北京大学、武汉大学和国家天文台在内的多家国内科研机构均有参与。清华大学自 2007 年起正式加入 LIGO 科学合作组织，主要从事经典与量子噪声抑制、强引力物理与数据分析研究。为纪念人类首次探测引力波十周年，清华大学将于 2025年9月14日至15日 举办 “GW150914十周年纪念会暨清华大学引力波学术研讨会”。此次研讨会将邀请国内引力波领域的专家学者，共同回顾十年来的重大科学突破，解读此次新的探测发现，展望未来引力波探测技术的发展方向，以及其在基础物理、天体物理和宇宙学中的深远意义。

十年只是开始。引力波科学正在蓬勃发展，除了地面探测器，多种探测手段包括空间引力波天文台、脉冲星计时阵列、宇宙微波背景辐射极化探测等，正在逐步覆盖从高频到低频的多波段观测。结合电磁波和高能粒子的“多信使天文学”，人类将能够从更多角度探索宇宙。这不仅为我们提供了一种全新的方式去认识黑洞、致密星体和极端时空，也将在未来不断揭示关于宇宙起源与演化的更多秘密。