ブラックホールのエントロピー


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別の質問に対する回答の 1 つからの線は、私に考えさせられました。

これを確認する最も簡単な方法は、ブラックホールのエントロピーが星や非常に類似した質量の星の残骸でさえはるかに高いため、ブラックホールが発生する自発的なプロセスが存在しない可能性があるためです。星。

さて、私はブラックホールが星に変わるのは片道の旅行であるため、遠く離れているように思われることに同意します(水の入ったグラスから砂糖の塊を正確な形に戻すことはできません)。しかし、私が知る限り、エントロピーは無秩序の量です。ブラックホールは星よりも密です。密度が高い場合は、ある程度の次数(逆エントロピー?)が必要だと思います。それは、小さなスペースに膨大な量の塊があり、それ自体を一緒に保ちます。ランダムな質量の集まりではなく、システムのように聞こえます。

ブラックホールなどの密度の高いオブジェクトに必要な秩序の量を、それらが発生した星の秩序の量よりも低くするにはどうすればよいですか?

回答:


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しかし、私が知る限り、エントロピーは無秩序の量です。

エントロピーは、観察された巨視的状態1、と一致する可能な微視的状態の数の尺度です。基本的にそれは無秩序とは何の関係もありませんが、類推として時々それは機能します。たとえば、ボックス内の点粒子ガスのような単純な状況では、規則的なものよりも無秩序に点粒子をボックス内に配置する方法がたくさんあります。ただし、正のサイズでボックスが十分に混雑している場合は、正反対のことが当てはまる場合があります。全体として、無秩序は単に悪いアナロジーです。nS=kBlnNn

1それはまったく真実ではありませんが、無秩序よりはましです。具体的には、すべてのマイクロステートが等しく可能性が高いという仮定の下での単純化です。

ブラックホールは星よりも密です。密度が高い場合は、ある程度の次数(逆エントロピー?)が必要だと思います。

理想的なボックス内でオブジェクトが押しつぶされてそれを隔離し、外部への漏れを防ぐ場合でも、押​​しつぶされたオブジェクトには、以前の状態に関する情報が残っています。そして、イベントの地平線は、可能な限り理想的な箱のようなものです。

古典的に、ブラックホールには髪がありません。つまり、孤立したブラックホールの時空は、質量、角運動量、および電荷によって特徴付けられます。したがって、これに対する2つの可能な応答があります。ブラックホールには、これらのいくつかのパラメーター以外の構造は実際にはありません。その場合、情報は破棄されます。または、古典的に外部から観測できない構造を持っています。

したがって、情報が破壊されない場合、ブラックホールを生成する方法が非常に多くあるという理由だけで、ブラックホールのマイクロステートの数が膨大になると予想する必要があります。おおまかに、少なくとも同じ質量、角運動量、および電荷の崩壊する可能性のある星の残骸のマイクロステートの数(現実的な崩壊プロセスが大幅に減少するため、これは理想的ですが)。

密度が高い場合は、ある程度の次数(逆エントロピー?)が必要だと思います。

まったく逆です。ブラックホールは、そのサイズで最もエントロピーなオブジェクトです。

1970年代初頭、物理学者たちはブラックホールの振る舞いと熱力学の法則の間の興味深い類似に気づきました。ここで最も関連性が高いのは、ブラックホールの表面重力が一定(熱力学の第0法則に対応)で、ブラックホールの面積が古典的に非減少(第2法則に対応)であるということです。これは、が温度のように作用し、がエントロピーとして作用する熱力学の第1および第3法則のアナロジーでさらに拡張されます。A κ AκAκA

問題は、これが類推以上のものになるには、ブラックホールが表面重力(の倍数)である温度で放射する必要があるということです。しかし、そうです。これはホーキング放射と呼ばれます。したがって、外部に放出される補償エントロピーがある限り、領域は縮小できます: したがって、半古典的には、ブラックホールのエントロピーはその表面積に比例します。自然単位では、単純に。これは、プランク領域が非常に小さいため、非常に大きくなります。SBH=A/4

δ(Soutside+AkBc34G)0.
SBH=A/4

したがって、半古典的な近似では、ブラックホールはその表面重力に比例する温度とその面積に比例するエントロピーで放射しなければならないことがわかります。次のステップを疑問に思うのは当然です。ブラックホールにこのすべてのエントロピーがある場合、構造はどこにあるのでしょうか。それが古典的に単なる真空である場合、それはどのように多くの可能なマイクロステートを持つことができますか?しかし、そこに行くと、まだまだ確立されておらず、天文学の範囲外である量子重力の地へと連れて行ってくれます。

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