블랙홀 18, 블랙 홀과 엔트로피

펜로즈의 통찰력은 중요한 자극제였고 다른 이들이 블랙 홀의 열역학에 대해 생각하도록 만들었다. R.M. 플로이드와 함께, 그는 상상한 과정에서 블랙 홀의 이벤트 수평선의 면적이 증가하는 경향이 있다는 것을 보여 주었다. 스티븐 호킹은 펜로즈의 기발한 계획을 연구하기 시작했다. 이 영역은 질량과 스핀(그리고 전하)에 따라 다소 복잡하지만 호킹은 물리적 과정에서 이 영역이 항상 증가하거나 유지된다는 것을 증명할 수 있었다. 이 흥미로운 결과 중 하나는 두개의 블랙 홀이 병합될 경우 블랙 홀의 블랙 홀 이벤트 수평선의 면적이 원래 블랙 홀 이벤트 영역의 합보다 커진다는 것입니다. 반지름에 대한 잘 알려 진 의존도 이것은 열역학에서 엔트로피로 우리가 보는 것과 같은 종류의 행동입니다. 그래서 사람들은 블랙 홀의 엔트로피와 그것의 영역이 어떻게든 연결되어 있는지 궁금해 하기 시작했습니다. 이것은 단지 흥미로운 비유 그 이상인가? 존 윌러의 학생 중 한 명인 제이콥 베켄스타인은 그의 박사 논문에서 직접적인 연관성을 제안했습니다. 베켄스타인은 열역학 정보 이론에서 나온 아이디어들을 블랙 홀 이벤트 수평선의 영역이 그것의 엔트로피에 비례한다고 주장하기 위해 사용했습니다. 선택한 것은 사건의 지평선 영역을 물리학자의 기본 상수 중 하나인 플랭크 영역으로 나누는 것입니다. 약 10-70평방 미터이고, 숫자 요인으로 엔트로피를 얻게 됩니다. 이렇게 장치를 선택하면 블랙 홀의 엔트로피가 절대적으로 엄청납니다.

처음에 호킹은 베켄스타인의 결과를 믿지 않았지만, 추가적인 조사에서 그는 접근을 확인할 수 있었을 뿐만 아니라 블랙 홀 열역학이 어떻게 작용하는지에 대한 이해를 깊게. 이러한 분석이 어떻게 이루어지는지 이해하는 것은 그들의 힘뿐만 아니라 그들의 한계를 인식할 수 있기 때문이다. 이 분야에서 앞으로 가는 이상적인 방법은 양자 역학과 일반 상대성 중력의 결합을 이용하여 블랙 홀의 특이점처럼 매우 작지만 중력이 큰 역할을 하는 시스템을 연구하는 것입니다. 불행하게도 우리는 현재 양자 중력에 대한 좋은 이론을 가지고 있지 않다. 좋은 접근법은 일반 상대성 이론을 사용하여 시공간이 어떻게 바뀌는지 모형화한 다음 이것을 양자 역학과 함께 사용하여 곡선 공간의 입자 행동을 이해하는 것입니다. 이것이 호킹이 블랙 홀의 열역학을 이해하기 위해 취한 접근 방법이었다.

빈 공간이 비어 있습니까?

진공 상태의 개념은 길고 구불구불한 역사를 가지고 있습니다. 대부분의 고대 그리스 철학자들은 오늘날 매우 불가사의해 보인다는 이유로 이 아이디어를 싫어했지만, 세계에 대한 묘사에 진공 상태를 포함시킨 소수의 무신론자들이 있었다. 과학적인 르네상스까지, 진공 상태에 대한 생각은 그러므로 매우 유행에서 벗어났다. 하지만, 1650년에 공기 펌프가 발명된 이후, 진공 상태는 실험적으로 증명할 수 있는 것이었다. 17세기에 배에서 퍼낼 수 있는 공기의 양이 현대적 기준으로 볼 때 여러분에게 다소 빈약한 진공 상태를 가져다 주었음에도 불구하고, 무죄라는 생각은 훨씬 더 신빙성 있게 되었습니다. 20세기 초에 원자의 존재가 합리적 의심의 여지 없이 입증되자, 원자가 없는 공간이라는 개념은 논란의 여지가 없을 뿐만 아니라 불가피한 것이 되었다.

원자가 증명되자마자 새로운 물리학 이론이 등장했다. 바로 양자 역학이다. 이 새로운 이론의 놀라운 결과들 중 하나는 에너지가 보존될 필요가 없어 보이는 순간들이 순간적으로 있다는 것이다. 열역학의 첫번째 법칙, 위대하고 겉으로 보기에 깨질 것 같지 않은 물리학의 원리는 매 순간 그리고 모든 장소에서 에너지의 하락과 에너지 신용 사이의 엄격한 일치가 있어야 한다고 주장했다. "에너지는 항상 균형을 이루어야 합니다!"우주 대폭발이 일어난다. 사실, 보편적인 회계 규칙은 좀 더 관대하고 신용을 얻는 것이 가능한 것처럼 보인다. 나중에 돈을 빨리 갚는 한 짧은 시간 동안 에너지를 빌리는 것은 전적으로 받아들일 만하다. 당신이 빌릴 수 있는 금액은 하이젠베르크의 불확실성 원리에 의해 설명된 금액에 의해 대출 기간에 따라 달라진다. 예를 들어, 공급되는 빈 진공에서도 입자와 반입자 쌍을 만들기에 충분한 에너지를 빌릴 수 있습니다. 이 두 물체는 존재에 윙크를 할 수 있으며, 아주 짧은 기간이 지나면 서로를 전멸시켜 최대 허용 시간 제한(더 짧은 시간 간격)내에 에너지를 회수합니다. 그러한 과정은 어디에서나, 항상 일어난다. 그것은 측정될 수도 있습니다! 이제 우리는 진공 상태가 실제로 비어 있는 것이 아니라 존재하고 존재하지 않는 소위 가상 입자들의 조합이라는 것을 알게 되었습니다. 따라서 진공 상태가 멸균되어 있지 않고 비어 있지 않으며 양자 활동으로 가득 차 있습니다.