Eine Zeile aus einer der Antworten auf eine andere Frage brachte mich zum Nachdenken:
Der einfachste Weg, dies zu sehen, ist wahrscheinlich, dass ein Schwarzes Loch eine viel höhere Entropie hat als ein Stern oder sogar eine andere Art von stellaren Überresten mit auch nur annähernd ähnlicher Masse, und es daher einfach keinen spontanen Prozess geben kann, durch den sich ein Schwarzes Loch wieder entwickelt ein Stern.
Nun, ich stimme zu, dass ein schwarzes Loch, das sich in einen Stern verwandelt, weit hergeholt erscheint, da es sich um eine Einwegreise handelt (als ob Sie einen Zuckerblock aus einem Glas Wasser nicht in genau dieser Form zurückgewinnen könnten). Aber soweit ich weiß, ist Entropie die Menge an Unordnung. Ein Schwarzes Loch ist dichter als ein Stern. Ich gehe davon aus, dass für eine so hohe Dichte eine gewisse Ordnung (inverse Entropie?) erforderlich ist. Es ist eine enorme Menge an Masse auf kleinem Raum, die sich selbst zusammenhält. Klingt für mich nach einem System, nicht nach einer zufälligen Massenansammlung.
Wie kann die Ordnung, die für so dichte Objekte wie Schwarze Löcher erforderlich ist, geringer sein als die des Sterns, von dem sie stammen?
Aber soweit ich weiß, ist Entropie die Menge an Unordnung.
Entropie ist ein Maß für die Anzahl möglicher mikroskopischer Zustände, die mit einem beobachteten makroskopischen Zustand übereinstimmen 1 , . Im Grunde hat es nichts mit Unordnung zu tun, obwohl es als Analogie manchmal funktioniert. Zum Beispiel in einfachen Situationen wie einem Punktteilchengas in einer Kiste: Es gibt viel mehr Möglichkeiten, Punktteilchen ungeordnet in eine Kiste zu packen als auf eine geordnete. Das genaue Gegenteil kann jedoch der Fall sein, wenn sie eine positive Größe haben und die Box ausreichend gefüllt ist. Insgesamt ist Unordnung nur eine schlechte Analogie.
1 Auch das stimmt nicht ganz, aber es ist besser als Unordnung. Insbesondere ist es eine Vereinfachung unter der Annahme, dass alle Mikrozustände gleich wahrscheinlich sind.
Ein Schwarzes Loch ist dichter als ein Stern. Ich gehe davon aus, dass für eine so hohe Dichte eine gewisse Ordnung (inverse Entropie?) erforderlich ist.
Wenn ein Objekt in einer idealen Box zerkleinert wird, die es isoliert und jegliches Auslaufen nach außen verhindert, enthält das zerkleinerte Objekt immer noch Informationen darüber, was es vorher war. Und ein Ereignishorizont ist so ungefähr eine ideale Box, die es geben kann.
Klassischerweise haben Schwarze Löcher keine Haare , was bedeutet, dass die Raumzeit eines isolierten Schwarzen Lochs durch Masse, Drehimpuls und elektrische Ladung gekennzeichnet ist. Es gibt also zwei mögliche Antworten darauf: Entweder hat das Schwarze Loch wirklich keine andere Struktur als diese wenigen Parameter, in diesem Fall wird die Information zerstört, oder es hat eine Struktur, die klassischerweise einfach nicht von außen beobachtbar ist.
Wenn also Informationen nicht zerstört werden, sollten wir erwarten, dass die Anzahl der Mikrozustände eines Schwarzen Lochs enorm ist, einfach weil es eine große Anzahl von Möglichkeiten gibt, ein Schwarzes Loch zu erzeugen. Grob gesagt, zumindest die Anzahl der Mikrozustände möglicher kollabierender Sternreste mit gleicher Masse, gleichem Drehimpuls und gleicher Ladung (obwohl dies idealisiert ist, weil ein realistischer kollabierender Prozess viel abwirft).
Ich gehe davon aus, dass für eine so hohe Dichte eine gewisse Ordnung (inverse Entropie?) erforderlich ist.
Ganz im Gegenteil; Schwarze Löcher sind für ihre Größe die entropischsten Objekte.
In den frühen 1970er Jahren haben Physiker interessante Analogien zwischen dem Verhalten von Schwarzen Löchern und den Gesetzen der Thermodynamik festgestellt. Am relevantesten ist hier die Oberflächengravitation eines Schwarzen Lochs konstant ist (parallel zum nullten Hauptsatz der Thermodynamik) und die Fläche eines Schwarzen Lochs ist klassischerweise nicht abnehmend (parallel zum zweiten Hauptsatz). Dies wird weiter mit Analogien des ersten und dritten Hauptsatzes der Thermodynamik mit erweitert wirkt wie Temperatur und als Entropie.
Das Problem ist, dass Schwarze Löcher, damit dies mehr als eine Analogie ist, mit einer Temperatur strahlen sollten, die (ein Vielfaches) ihrer Oberflächengravitation entspricht. Aber sie tun es; dies wird als Hawking-Strahlung bezeichnet . Die Fläche kann also schrumpfen, solange eine kompensierende Entropie nach außen abgegeben wird:
Daher wissen wir, dass in einer halbklassischen Näherung ein Schwarzes Loch mit einer Temperatur strahlen muss, die proportional zu seiner Oberflächengravitation ist, und einer Entropie, die proportional zu seiner Fläche ist. Es ist natürlich, sich den nächsten Schritt zu fragen: Wenn ein Schwarzes Loch all diese Entropie hat, wo ist dann die Struktur? Wie kann es so viele mögliche Mikrozustände haben, wenn es klassischerweise nur ein Vakuum ist? Aber der Weg dorthin führt uns in das Land der Quantengravitation, das noch nicht fest etabliert ist und außerhalb des Bereichs der Astronomie liegt.