Чорні діри постійно змінюються протягом свого існування. Команда фізиків під керівництвом Абхая Аштекера з Пенсильванського університету запропонувала альтернативний спосіб визначення ентропії для таких динамічних об’єктів. Нова міра більш тісно пов’язана зі спіном та енергією чорної діри.
Паралелі з термодинамікою
Стівен Гокінг та інші фізики у 1970-х роках виявили паралелі між законами термодинаміки звичайних систем і механікою чорних дір. Вони показали, що площа горизонту подій пропорційна ентропії, а температура обернено пропорційна комбінації маси та спіну.
Ці співвідношення стали парадигмою на пів століття. Проте їх сформулювали для стаціонарних чорних дір, які перебувають в рівновазі та не змінюються з часом. У реальності ж чорні діри постійно зазнають змін: вони формуються, зливаються і згодом випаровуються.
Телеологічна природа горизонту подій
Горизонт подій має телеологічну природу. Його властивості не визначаються локальною фізикою в конкретний момент, а залежать від подій, які можуть відбутися або не відбутися в майбутньому.
Наприклад, горизонт подій може формуватися і зростати в плоских ділянках простору-часу, де взагалі нічого не відбувається. Саме через цю особливість площа горизонту подій може неадекватно описувати ентропію чорних дір, що й стало одним із мотивів нового дослідження.
Динамічні горизонти як альтернатива
Дослідники пропонують замість концепції горизонту подій використовувати так звані динамічні горизонти. На відміну від горизонту подій, динамічний горизонт визначається лише поточним станом чорної діри й тому не має телеологічної проблеми.
Такі горизонти вже використовують у чисельних симуляціях. Результати дослідження опублікували в рецензованому журналі Physical Review Letters та на сервері arXiv. Нова міра ентропії дозволяє подолати обмеження парадигми, яку застосовували понад пів століття.
Запропонований підхід дає змогу поширити перший і другий закони термодинаміки на чорні діри, що перебувають далеко від стану рівноваги. Як зазначають автори, це дозволяє застосувати узагальнені закони для кращого розуміння динамічних процесів, яких зазнають чорні діри.
Йдеться, зокрема, про випаровування у квантовій теорії та злиття, подібні до тих, які реєструє колаборація LIGO‑Virgo‑KAGRA за допомогою гравітаційних хвиль. Про це повідомляє phys.org. Авторами статті є Абхай Аштекар, Деніел Парайзо та Джонатан Шу.
