Сенсационная гипотеза. Американский физик объяснил роль черных дыр во Вселенной

Черные дыры и энтропия

Автором данной гипотезы является Пол Саттер, астрофизик из университета Stony Brook (штат Нью-Йорк) и известный популяризатор науки.

По его мнению, черные дыры выполняют весьма важную функцию во Вселенной, возможно, определяющую. А именно — черные дыры потребляют энтропию.

В свое статье, опубликованной в Universe Today, Саттер приводит свои соображения об энтропии, а затем объясняет, как и почему он пришел к выводу о том, что черные дыры связаны с энтропией во Вселенной.

Давайте проанализируем смелую гипотезу американского физика.

Что такое энтропия?

Для начала стоит вспомнить, что такое энтропия.

Если попытаться объяснить это максимально простым языком, то энтропия — это способ измерить, насколько все беспорядочно или перемешано.

Представьте себе свою спальню: в ней царит идеальный порядок, все лежит на своих местах, и легко найти то, что вам нужно. Это низкая энтропия.

Но когда в комнате очень грязно, повсюду разбросаны игрушки и одежда, все перемешано, и найти вещи сложнее. Это высокая энтропия.

В науке энтропия помогает нам понять, как такие вещи, как энергия или тепло, перемещаются и перемешиваются во всем — от таяния льда до работы звезд. Это как способ Вселенной становиться все более беспорядочной с течением времени.

Саттер в своей статье дает еще более развернутое сравнение.

«Всякий раз, когда я вижу слово «энтропия», мне нравится заменять его фразой «подсчет количества способов, которыми я могу перестроить сценарий, оставив его в целом неизменным», — пишет ученый.

Далее он приводит целую цепочку размышлений.

Вы встаете утром в выходной день и решаете, наконец, взяться за монументальную задачу — уборку спальни.

Вы собираете, чистите, складываете и убираете свою одежду. Вы расправляете простыни. Вы распушиваете подушки. Вы приводите в порядок ящик с нижним бельем.

После нескольких часов стараний вы отходите назад, чтобы полюбоваться своей работой, но уже чувствуете, как в животе поднимается тревога. Вы знаете, что скоро здесь снова будет беспорядок.

Вы инстинктивно знаете это, потому что есть только один-единственный способ создать идеально упорядоченную комнату, в которой всему есть место и все лежит на своих местах.

Есть только один способ иметь именно такой сценарий. Поскольку вы теперь знакомы с этим словом, можете смело его использовать: можно сказать, что идеально чистая комната обладает очень низкой энтропией.

Давайте внесем немного беспорядка, продолжает Саттер. Вы берете один непарный носок и бросаете его в своей комнате. Теперь там беспорядок.

И вы можете определить количественную меру этого беспорядка. Ваш одинокий носок может лежать на полу. Он может лежать на кровати. Он может торчать наполовину из ящика.

Существует множество способов перестроить этот сценарий — появление одного неубранного носка в вашей комнате — при сохранении общей картины. Энтропия выше.

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

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

По словам Саттера, физики любят использовать энтропию, потому что она также служит удобным способом кодирования информации в системе.

В сущности, измеряя энтропию — величину, с которой физикам очень удобно работать, — они могут получить представление о количестве информации в системе.

И это справедливо для любой системы во Вселенной, например, для черных дыр.

Как связаны черные дыры с энтропией?

Саттер считает, что тут есть прямая связь.

Он ссылается на работы физика Джейкоба Бекенштейна, который обнаружил два замечательных факта о черных дырах и их горизонтах событий.

Во-первых, объем, заключенный в черных дырах, представляет собой абсолютное наибольшее количество энтропии, которое может иметь любой аналогичный по размеру объем во Вселенной.

Другими словами, черные дыры — это сферы с максимальной энтропией.

Неважно, насколько грязной будет ваша комната, неважно, насколько сильно вы намеренно или ненамеренно увеличите ее энтропию, вы никогда, никогда не сможете превзойти энтропию черной дыры размером с комнату. Этот факт должен сразу же вызвать несколько тревожных, но интригующих вопросов, предполагает Саттер.

Почему из всех чудесных творений Вселенной природа выбрала черные дыры, чтобы поместить в них максимальную степень энтропии? 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 черных дырах, который открыл Бекенштейн. Когда вы добавляете информацию в черную дыру, она становится больше, констатирует Саттер.

Само по себе это неудивительно, но черные дыры — и только черные дыры — растут таким образом, что площадь их поверхности, а не объем, увеличивается пропорционально количеству поступающей в них новой информации.

Это удивительный факт. Ведь во всех остальных случаях во Вселенной система, поглощающая информацию, растет в объеме. Например, звезда поглощающая планету, или человек, поедающий чизбургер, речь всегда идет об объеме и уровне энтропии, которые возрастают, резюмирует Саттер.

Усвоение информации приводит к увеличению объема «того, кто поглощает».

Но только не в случае, с черными дырами.

Эти загадочные объекты, по какой-то причине, которую мы до сих пор не можем понять, бросают вызов интуитивной картине Вселенной, основанной на здравом смысле, пишет Саттер.

Что это может означать?

В сущности, Саттер утверждает, что черные дыры на самом деле потребляют энтропию, а не производят ее.

Ученый предполагает, что когда материя падает в черную дыру, она теряет свою энтропию и становится частью массы черной дыры.

Это означает, что энтропия черной дыры не увеличивается, а уменьшается по мере ее роста. Он также предполагает, что этот процесс может объяснить, почему Вселенная имеет низкую энтропию, поскольку черные дыры могли потреблять энтропию с начала времен.

Гипотеза на текущий момент является весьма спорной и нуждается в доказательствах, которые могут появиться только в следствие весьма внушительной научной дискуссии. На это и рассчитывает Пол Саттер, призывающий ученых к смелости в анализе роли черных дыр во Вселенной.