O modalitate ușoară de a gândi entropia găurilor negre este de a considera că entropia reprezintă pierderea de energie liberă - adică de energie disponibilă pentru a lucra - dintr-un sistem. Inutil să spun, orice aruncați într-o gaură neagră nu mai este disponibil pentru a face nicio lucrare în universul mai larg.
O modalitate ușoară de a gândi a doua lege a termodinamicii (care este cea despre entropie) este de a considera că căldura nu poate curge dintr-o locație mai rece într-o locație mai caldă - ea curge doar pe invers. Ca urmare, orice sistem izolat ar trebui să ajungă în cele din urmă la o stare de echilibru termic. Sau, dacă doriți, entropia unui sistem izolat va tinde să crească în timp - obținând o valoare maximă atunci când acel sistem atinge echilibrul termic.
Dacă exprimați entropia matematic - este o valoare calculabilă și una care tinde să crească în timp. În anii șaptezeci, Jacob Bekenstein a exprimat entropia găurii negre ca o problemă pentru fizică. Fără îndoială că ar putea să-l explice mult mai bine decât am putut, dar cred că ideea este că, dacă transferați brusc un sistem cu o valoare de entropie cunoscută dincolo de orizontul evenimentului unei găuri negre, acesta devine incomensurabil - ca și cum entropia sa dispare. Aceasta reprezintă o încălcare a celei de-a doua legi a termodinamicii - întrucât entropia unui sistem ar trebui, în cel mai bun caz, să rămână constantă - sau, mai des, să crească - nu se poate cădea brusc așa.
Așadar, cel mai bun mod de a face față este acela de a recunoaște că orice entropie deținută de un sistem este transferată în gaura neagră atunci când sistemul intră în ea. Acesta este un alt motiv pentru care găurile negre pot fi considerate a avea o entropie foarte mare.
Apoi ajungem la problema informațiilor. Propozitia Vulpe maro rapidă a sărit peste câinele leneș este un sistem extrem de inginer, cu un nivel scăzut de entropie - în timp ce extrage 26 de plăci dintr-un set de scrabble și le stabilește, cu toate acestea, acestea oferă un obiect ordonat la întâmplare, cu un nivel ridicat de entropie și incertitudine (în măsura în care ar putea fi orice a unui miliard de variații posibile).
Aruncați plăcile scrabble într-o gaură neagră - vor purta cu ele orice valoare de entropie cu care au început - care este probabil să crească în continuare în gaura neagră. Într-adevăr, este posibil ca plăcile să nu devină mai dezorganizate, ci să fie măcinate în bucăți negre.
Acum există un principiu fundamental în mecanica cuantică, care necesită ca informațiile să nu poată fi distruse sau pierdute. Este mai mult despre funcții de undă decât de plăci de scrabble - dar să rămânem la analogie.
Nu veți încălca principiul conservării informațiilor prin umplerea unei găuri negre cu plăci de scrabble. Informațiile lor sunt doar transferate în gaura neagră, mai degrabă decât să se piardă - și chiar dacă plăcile sunt zdrobite în bucăți, informațiile rămân acolo într-o formă. Acesta este OK.
Însă, există o problemă dacă într-un googol sau cam așa ceva ani, gaura neagră se evaporă prin radiația Hawking, care rezultă din fluctuațiile cuantice la orizontul evenimentului și nu are o legătură cauzală aparentă cu conținutul găurii negre.
O soluție favorizată în prezent la această problemă este principiul holografic - care sugerează că orice intră în gaura neagră lasă o amprentă asupra orizontului său de eveniment - astfel încât informațiile despre întregul conținut al găurii negre pot fi derivate doar din orizontul evenimentului „suprafața”. - și orice radiație ulterior Hawking este influențată la nivel cuantic de aceste informații - astfel încât radiația Hawking reușește să scoată informații din gaura neagră pe măsură ce gaura neagră se evaporă.
Zhang și colab. Oferă o altă abordare care sugerează că radiațiile Hawking, prin tunelarea cuantică, transportă entropia din gaura neagră - și întrucât entropia redusă înseamnă o incertitudine redusă - aceasta reprezintă un câștig de informații extras din gaura neagră. Așadar, radiația Hawking nu transportă numai o entropie, ci și informații, din gaura neagră.
Dar este acest lucru mai mult sau mai puțin convingător decât ideea hologramei? Ei bine, nu este incert ...
Citire ulterioară: Zhang și colab. O interpretare pentru entropia unei găuri negre.
