Астрофизик: черные дыры на самом деле поглощают энтропию

Энтропия — одна из тех пугающе глубоких концепций, которые составляют основу целых областей физики (в данном случае термодинамики), которая, к сожалению, настолько математическая, что ее трудно объяснить простым языком. Но мы попробуем.

Всякий раз, когда я вижу слово «энтропия», я предпочитаю заменять его фразой «подсчет количества способов, которыми я могу изменить сценарий, оставив его практически таким же». Согласен, это слишком сложно, и поэтому придется действовать энтропией.

Вы встаете утром в выходные и решаете, наконец, взяться за монументальную задачу по уборке своей спальни.

>Вы собираете, чистите, складываете и убираете свою одежду. Вы поправляете простыни. Ты взбиваешь подушки. Вы наводите порядок в ящике для нижнего белья.

После нескольких часов усилий вы отступаете, чтобы полюбоваться своей работой, но уже чувствуете чувство нарастающего беспокойства в животе. Вскоре вы просто знаете, что там снова будет беспорядок.

Вы инстинктивно знаете это, потому что есть только один единственный способ создать идеально упорядоченную комнату, где для всего найдется место и все будет на своем месте.

p>

Есть только один способ реализовать этот точный сценарий. Поскольку теперь вы знакомы с этим словом, вы можете смело его использовать: можно сказать, что идеально чистая комната имеет очень низкую энтропию.

Давайте внесем некоторый беспорядок. Вы берете один непарный носок и бросаете его в свою комнату. Теперь там беспорядок.

И этот беспорядок можно измерить количественно. Ваш одинокий носок может валяться на полу. Это может быть на кровати. Он может наполовину торчать из ящика ящика.

Есть несколько способов изменить этот сценарий – появление одного неопрятного носка в вашей комнате – сохранив при этом общую картину. Энтропия выше.

И тут в комнату врывается ваша собака, или ваши дети, или ваша собака и дети. Возникает хаос.

Ничто не находится там, где должно быть, и существует почти конечное число способов достичь того же уровня беспорядка.

Энтропия – и разочарование – действительно очень высока.

Физики любят использовать энтропию, потому что она также служит удобным способом кодирования информации в системе.

Таким образом, измеряя энтропию – величину, физики очень удобны с помощью манипуляций – они также могут контролировать количество информации в системе.

Это применимо к любой системе во Вселенной, например, к черным дырам.

Начало работы в 1981 году физик Джейкоб Бекенштейн, чья работа едва заставила нас упомянуть об излучении Бекенштейна, обнаружил два замечательных, неочевидных факта о черных дырах и их горизонтах событий.

Во-первых, объем, содержащийся внутри черных дыр, представляет собой абсолютную величину энтропия, которую может иметь любой объем Вселенной аналогичного размера.

Иными словами, черные дыры — это сферы максимальной энтропии. Позвольте этому осознаться.

Независимо от того, насколько грязной становится ваша комната, независимо от того, насколько вы намеренно или непреднамеренно увеличиваете ее энтропию, вы никогда, никогда не сможете превзойти энтропию черной дыры размером с комнату. Этот факт должен немедленно поднять некоторые тревожные, но интригующие вопросы.

Почему из всех чудесных творений во Вселенной природа выбрала черные дыры, содержащие наибольшую энтропию? Является ли это простым совпадением или это учит нас чему-то ценному о связи между квантовой механикой, гравитацией и информацией?

Это чувство двойного беспокойства и волнения должно усилиться, когда вы узнаете второй факт о черном цвете. дыры, которые обнаружил Бекенштейн. Когда вы добавляете информацию к черной дыре, она становится больше.

Это само по себе неудивительно, но черные дыры – и только черные дыры – растут таким образом, что их поверхности, а не их поверхности. объемы растут пропорционально количеству новой информации, поступающей в них.

Если вы возьмете любую другую систему во Вселенной – звезду, поглощающую планету, вы потребляете чизбургер – энтропия и информация комбинированная система поднимается. И объем тоже увеличивается (и для звезды, и для вас).

И объем растет пропорционально увеличению количества информации.

А вот черные дыры почему-то такие мы до сих пор не понимаем и не бросаем вызов этой здравой интуитивной картине.

Пол М. Саттер — космолог-теоретик и удостоенный наград научный пропагандист. Он профессор-исследователь в Институте передовых вычислительных наук Университета Стоуни-Брук и приглашенный исследователь в Центре вычислительной астрофизики Института Флэтайрон в Нью-Йорке.

Эта статья первоначально было опубликовано изданием Universe Today. Прочтите оригинал статьи.