A fekete lyukak entrópiájának egy egyszerű módja, ha figyelembe vesszük, hogy az entrópia a rendszerből származó szabad energia – vagyis a munka elvégzéséhez rendelkezésre álló energia – elvesztését jelenti. Mondanunk sem kell, hogy bármi, amit a fekete lyukba dobsz, már nem használható semmilyen munkára a tágabb univerzumban.
A termodinamika második főtételének (amely az entrópiáról szól) egy egyszerű módja annak figyelembe vétele, hogy a hő nem áramolhat hidegebb helyről melegebb helyre, hanem csak a másik irányba. Ennek eredményeként minden elszigetelt rendszernek el kell érnie a termikus egyensúlyi állapotot. Vagy ha úgy tetszik, egy elszigetelt rendszer entrópiája idővel nőni fog – a maximális értéket akkor éri el, amikor a rendszer eléri a termikus egyensúlyt.
Ha matematikailag fejezi ki az entrópiát – ez egy kiszámítható érték, amely idővel nő. A hetvenes években, Jacob Bekenstein a fekete lyuk entrópiát a fizika problémájaként fejezte ki. Kétségtelen, hogy sokkal jobban meg tudná magyarázni, mint én, de szerintem az az elképzelés, hogy ha egy ismert entrópiaértékű rendszert hirtelen egy fekete lyuk eseményhorizontján túlra viszünk, az mérhetetlenné válik – mintha entrópiája eltűnne. Ez a termodinamika második főtételének megsértését jelenti – mivel egy rendszer entrópiájának legjobb esetben állandónak kell maradnia – vagy gyakrabban növekednie –, nem zuhanhat így hirtelen.
Tehát a legjobb módja ennek az, ha elismerjük, hogy bármilyen entrópiával rendelkezik egy rendszer, az átkerül a fekete lyukba, amikor a rendszer belemegy. Ez egy másik ok, amiért a fekete lyukak nagyon magas entrópiájúnak tekinthetők.
Aztán elérkezünk az információ kérdéséhez. A mondatA gyors barna róka átugrott a lusta kutyánegy magasan megtervezett rendszer alacsony entrópiaszinttel – miközben 26 lapkát kihúzunk egy scrabble készletből, és lerakjuk őket, bárhogyan jönnek, véletlenszerűen rendezett objektumot szállítanak magas entrópiával és bizonytalansággal (olyan mértékben, hogy bármilyen lehet egymilliárd lehetséges variáció közül).
Dobd be a scrabble-lapkáidat egy fekete lyukba – bármilyen entrópiaértéket is magukkal visznek, amivel kezdték –, ami valószínűleg tovább fog növekedni a fekete lyukon belül. Valószínű, hogy a csempék nemcsak rendezetlenebbé válnak, hanem valójában darabokra zúzódnak a fekete lyukon belül.
Ma a kvantummechanikában van egy alapelv, amely megköveteli, hogy az információ ne semmisüljön meg vagy veszítse el. Ez inkább a hullámfüggvényekről szól, mint a scrabble csempékről – de maradjunk az analógiánál.
Nem sérti meg az információ megőrzésének elvét, ha egy fekete lyukat rakott csempével tölt be. Információik csak átkerülnek a fekete lyukba, nem pedig elvesznek – és még ha darabokra zúzzák is a csempéket, az információ valamilyen formában még mindig ott van. Rendben van.
De probléma van, ha a googol vagy néhány év múlva a fekete lyuk Hawking-sugárzás révén párolog el, amely az eseményhorizont kvantum-ingadozásaiból ered, és nincs nyilvánvaló ok-okozati összefüggése a fekete lyuk tartalmával.
A Hawking-sugárzás története. A fekete lyuk eseményhorizontjához közeli kvantumfluktuáció részecskét és antirészecskét hoz létre. Az antirészecske behatol a fekete lyukba, és megsemmisül, amikor ütközik egy részecskével. A fennmaradó részecske szabadon csatlakozhat az univerzum többi részéhez az eseményhorizonton kívül. Egy külső szemlélő számára úgy tűnik, hogy a fekete lyuk elvesztette tömegét és egy részecskét sugárzott ki. Idővel ez a folyamat a fekete lyuk elpárolgását eredményezi. A mai napig - jó történet, semmi bizonyíték, de figyeld ezt a helyet. Hitel: NAU.
A probléma jelenleg kedvelt megoldása a holografikus elv – ami azt sugallja, hogy bármi, ami belép a fekete lyukba, nyomot hagy az eseményhorizontjában – így a fekete lyuk teljes tartalmára vonatkozó információ csak az eseményhorizont „felszínéről” származtatható – és az ezt követő Hawking-sugárzást egy kvantumban befolyásolják. szinten – így a Hawking-sugárzásnak sikerül információt vinnie a fekete lyukból, ahogy a fekete lyuk elpárolog.
Zhang és mtsai egy másik megközelítést kínál, amely azt sugallja, hogy Hawking-sugárzás, via kvantum alagút , entrópiát visz ki a fekete lyukból – és mivel a csökkent entrópia csökkentett bizonytalanságot jelent – ez a fekete lyukból kivont információ nettó nyereségét jelenti. Tehát a Hawking-sugárzás nemcsak entrópiát, hanem információt is hordoz a fekete lyukból.
De vajon ez többé-kevésbé meggyőző, mint a hologram ötlet? Nos, ez bizonytalan…
További irodalom:Zhang és mtsai. A fekete lyuk entrópiájának értelmezése.