Ένας εύκολος τρόπος να σκεφτείτε την εντροπία των μαύρων τρυπών είναι να λάβετε υπόψη ότι η εντροπία αντιπροσωπεύει την απώλεια ελεύθερης ενέργειας - δηλαδή, την ενέργεια που είναι διαθέσιμη για εργασία - από ένα σύστημα. Περιττό να πούμε ότι οτιδήποτε ρίχνετε σε μια μαύρη τρύπα δεν είναι πλέον διαθέσιμο για να κάνετε οποιαδήποτε εργασία στο ευρύτερο σύμπαν.
Ένας εύκολος τρόπος να σκεφτείτε τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής (που είναι αυτός για την εντροπία) είναι να σκεφτείτε ότι η θερμότητα δεν μπορεί να ρέει από μια ψυχρότερη τοποθεσία σε μια πιο ζεστή τοποθεσία - ρέει μόνο με τον άλλο τρόπο. Ως αποτέλεσμα, οποιοδήποτε μεμονωμένο σύστημα θα πρέπει τελικά να επιτύχει μια κατάσταση θερμικής ισορροπίας. Ή αν θέλετε, η εντροπία ενός απομονωμένου συστήματος θα τείνει να αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου - επιτυγχάνοντας μια μέγιστη τιμή όταν το σύστημα επιτυγχάνει θερμική ισορροπία.
Εάν εκφράζετε μαθηματικά εντροπία - είναι μια υπολογισμένη τιμή και έχει την τάση να αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου. Στη δεκαετία του εβδομήντα, ο Jacob Bekenstein εξέφρασε την εντροπία της μαύρης τρύπας ως πρόβλημα της φυσικής. Χωρίς αμφιβολία θα μπορούσε να το εξηγήσει πολύ καλύτερα από ό, τι μπορούσα, αλλά νομίζω ότι η ιδέα είναι ότι αν μεταφέρετε ξαφνικά ένα σύστημα με μια γνωστή τιμή εντροπίας πέρα από τον ορίζοντα γεγονότος μιας μαύρης τρύπας, γίνεται ανυπόφορο - σαν να εξαφανίζεται η εντροπία του. Αυτό αντιπροσωπεύει παραβίαση του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής - δεδομένου ότι η εντροπία ενός συστήματος θα πρέπει στην καλύτερη περίπτωση να παραμένει σταθερή - ή συχνότερα να αυξάνεται - δεν μπορεί ξαφνικά να βυθιστεί έτσι.
Έτσι, ο καλύτερος τρόπος για να το χειριστείτε είναι να αναγνωρίσετε ότι ό, τι εντροπία έχει ένα σύστημα μεταφέρεται στη μαύρη τρύπα όταν το σύστημα μπαίνει σε αυτό. Αυτός είναι ένας άλλος λόγος για τον οποίο οι μαύρες τρύπες μπορούν να θεωρηθούν ότι έχουν πολύ υψηλή εντροπία.
Έπειτα φτάνουμε στο ζήτημα των πληροφοριών. Η πρόταση Η γρήγορη καφέ αλεπού πήδηξε πάνω από το τεμπέλικο σκυλί είναι ένα πολύ κατασκευασμένο σύστημα με χαμηλό επίπεδο εντροπίας - ενώ αντλεί 26 πλακίδια από ένα σετ σκραμπλ και τα τοποθετεί κάτω, ωστόσο έρχονται παραδίδει ένα τυχαία ταξινομημένο αντικείμενο με υψηλό επίπεδο εντροπίας και αβεβαιότητας (στο βαθμό που θα μπορούσε να είναι οποιοδήποτε ενός δισεκατομμυρίου πιθανών παραλλαγών).
Πετάξτε τα πλακίδια σας σε μια μαύρη τρύπα - θα μεταφέρουν μαζί τους όποια τιμή εντροπίας ξεκίνησαν - η οποία είναι πιθανό να αυξηθεί περαιτέρω μέσα στη μαύρη τρύπα. Πράγματι, είναι πιθανό ότι τα πλακίδια όχι μόνο θα αποδιοργανωθούν, αλλά θα συντριβούν σε κομμάτια μέσα στη μαύρη τρύπα.
Τώρα υπάρχει μια θεμελιώδης αρχή στην κβαντική μηχανική που απαιτεί ότι οι πληροφορίες δεν μπορούν να καταστραφούν ή να χαθούν. Είναι περισσότερο για τις λειτουργίες κυμάτων παρά για τα πλακίδια - αλλά ας παραμείνουμε στην αναλογία.
Δεν θα παραβιάσετε την αρχή της διατήρησης της πληροφορίας γεμίζοντας μια μαύρη τρύπα με πλακάκια. Οι πληροφορίες τους μεταφέρονται απλώς στη μαύρη τρύπα αντί να χαθούν - και ακόμη και αν τα πλακίδια συνθλίβονται σε κομμάτια, οι πληροφορίες παραμένουν εκεί σε κάποια μορφή. Αυτό είναι εντάξει.
Ωστόσο, υπάρχει ένα πρόβλημα εάν σε ένα googol περίπου χρόνια, η μαύρη τρύπα εξατμίζεται μέσω της ακτινοβολίας Hawking, η οποία προκύπτει από κβαντικές διακυμάνσεις στον ορίζοντα του συμβάντος και δεν έχει προφανή αιτιώδη σχέση με το περιεχόμενο της μαύρης τρύπας.
Μια επί του παρόντος προτιμώμενη λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι η ολογραφική αρχή - η οποία υποδηλώνει ότι ό, τι εισέρχεται στη μαύρη τρύπα αφήνει ένα αποτύπωμα στον ορίζοντα συμβάντός της - έτσι ώστε οι πληροφορίες για ολόκληρο το περιεχόμενο της μαύρης τρύπας να μπορούν να προέλθουν μόνο από την «επιφάνεια» του ορίζοντα συμβάντων. - και οποιαδήποτε επακόλουθη ακτινοβολία Hawking επηρεάζεται σε κβαντικό επίπεδο από αυτές τις πληροφορίες - έτσι ώστε η ακτινοβολία Hawking να καταφέρει να μεταφέρει πληροφορίες από τη μαύρη τρύπα καθώς εξαπλώνεται η μαύρη τρύπα.
Οι Zhang et al προσφέρουν μια άλλη προσέγγιση που υποδηλώνει ότι η ακτινοβολία Hawking, μέσω της κβαντικής σήραγγας, μεταφέρει εντροπία από τη μαύρη τρύπα - και δεδομένου ότι η μειωμένη εντροπία σημαίνει μειωμένη αβεβαιότητα - αυτό αντιπροσωπεύει ένα καθαρό κέρδος πληροφοριών που αντλούνται από τη μαύρη τρύπα. Έτσι, η ακτινοβολία Hawking μεταφέρει όχι μόνο την εντροπία, αλλά και τις πληροφορίες, από τη μαύρη τρύπα.
Αλλά αυτό είναι περισσότερο ή λιγότερο πειστικό από την ιδέα του ολογράμματος; Λοιπόν, αυτό είναι αβέβαιο…
Περαιτέρω ανάγνωση: Οι Zhang et al. Μια ερμηνεία για την εντροπία μιας μαύρης τρύπας.
