Un modo semplice di pensare all'entropia dei buchi neri è quello di considerare che l'entropia rappresenta la perdita di energia libera - cioè l'energia che è disponibile per fare il lavoro - da un sistema. Inutile dire che tutto ciò che si lancia in un buco nero non è più disponibile per fare qualsiasi lavoro nell'universo più ampio.
Un modo semplice di pensare alla seconda legge della termodinamica (che è quella sull'entropia) è considerare che il calore non può fluire da una posizione più fredda a una posizione più calda, ma scorre solo dall'altra parte. Di conseguenza, qualsiasi sistema isolato dovrebbe infine raggiungere uno stato di equilibrio termico. O, se lo desideri, l'entropia di un sistema isolato tenderà ad aumentare nel tempo, raggiungendo un valore massimo quando quel sistema raggiunge l'equilibrio termico.
Se esprimi matematicamente l'entropia, è un valore calcolabile che tende ad aumentare nel tempo. Negli anni settanta Jacob Bekenstein espresse l'entropia del buco nero come un problema per la fisica. Senza dubbio potrebbe spiegarlo molto meglio di me, ma penso che l'idea di trasferire improvvisamente un sistema con un valore di entropia noto oltre l'orizzonte degli eventi di un buco nero, diventi incommensurabile - come se la sua entropia svanisse. Ciò rappresenta una violazione della seconda legge della termodinamica - poiché l'entropia di un sistema dovrebbe nel migliore dei casi rimanere costante - o più spesso aumentare - non può precipitare all'improvviso in quel modo.
Quindi il modo migliore per gestirlo è riconoscere che qualsiasi entropia possiede un sistema è trasferito al buco nero quando il sistema vi entra. Questo è un altro motivo per cui si può considerare che i buchi neri abbiano un'entropia molto elevata.
Quindi arriviamo al problema delle informazioni. La frase La volpe marrone veloce saltò sul cane pigro è un sistema altamente ingegnerizzato con un basso livello di entropia - mentre estrae 26 tessere da un set di scrabble e le posa giù, tuttavia vengono consegnate un oggetto ordinato in modo casuale con un alto livello di entropia e incertezza (nella misura in cui potrebbe essere qualsiasi di un miliardo di possibili variazioni).
Getta le tue tessere scrabble in un buco nero - porteranno con sé qualsiasi valore entropico con cui hanno iniziato - che probabilmente aumenterà ulteriormente all'interno del buco nero. In effetti è probabile che le tessere non solo diventino più disorganizzate ma in realtà frantumate in pezzi all'interno del buco nero.
Ora esiste un principio fondamentale nella meccanica quantistica che richiede che le informazioni non possano essere distrutte o perse. Si tratta più delle funzioni d'onda che delle tessere scrabble - ma restiamo fedeli all'analogia.
Non violerai il principio di conservazione delle informazioni riempiendo un buco nero con tessere scrabble. Le loro informazioni vengono semplicemente trasferite nel buco nero anziché essere perse - e anche se le tessere vengono frantumate in pezzi, le informazioni sono ancora lì in qualche forma. Questo va bene.
Ma, c'è un problema se in un googol o giù di lì, il buco nero evapora attraverso la radiazione di Hawking, che deriva da fluttuazioni quantistiche all'orizzonte degli eventi e non ha alcuna apparente connessione causale con il contenuto del buco nero.
Una soluzione attualmente preferita a questo problema è il principio olografico - che suggerisce che qualunque cosa entri nel buco nero lasci un'impronta sul suo orizzonte degli eventi - in modo tale che le informazioni sull'intero contenuto del buco nero possano essere derivate solo dalla 'superficie' dell'orizzonte degli eventi - e qualsiasi successiva radiazione di Hawking è influenzata a livello quantico da tali informazioni - in modo tale che la radiazione di Hawking riesca a trasportare informazioni dal buco nero mentre il buco nero evapora.
Zhang et al offrono un altro approccio per suggerire che la radiazione di Hawking, tramite tunnel quantistico, trasporta l'entropia dal buco nero - e poiché una ridotta entropia significa una ridotta incertezza - ciò rappresenta un netto guadagno di informazioni estratte dal buco nero. Quindi la radiazione di Hawking trasporta non solo entropia, ma anche informazioni, dal buco nero.
Ma è più o meno convincente dell'idea dell'ologramma? Bene, questo è incerto ...
Ulteriori letture: Zhang et al. Un'interpretazione per l'entropia di un buco nero.
