اصلاح قوانین ترمودینامیک در فیزیک سیاه چاله ها

فیزیک سیاهچاله ها یکی از پر اهمیت ترین مباحث فیزیک نظری در عصر حاضر است حل معمای سیاهچاله ها می تواند راهگشای خلق نظریه همه چیز یا نظریه گرانش کوانتومی باشد. اگر به روند تکامل نظریه ی سیاه چاله ها از سال 1915 که اینشتین نظریه نسبیت را ارائه کرد تا سال 2004 که هاوکینگ نظر خود را تغییر داد توجه کنیم به نکات و سئوالات جالبی برخورد می کنیم هاوکینگ اصلاحیه ی نظر خود را در سال 2004 ارایه داد و اظهار داشت برخی اطلاعات از سیاه چاله ها خارج می شوند وی سی سال قبل از آن تاکید کرده بود که اطلاعات از سیاه چاله ها خارج نمی شوند. در سال 1973 هاوکینگ و مستقلا ژاکوب بکنشتین به طراحی یک آنتروپی پرداختند که یک نمونه اندازه گیری اطلاعات درون سیاه چاله است. دو سال بعد هاوکینگ اظهار داشت کوانتوم مکانیک چنین پیش گویی می کند که انرژی از داخل سیاه چاله می گریزد که به تابش هاوکینگ معروف است. نکته مهم در نظریه قبلی هاوکینگ به این مهم بر می گشت که براساس مدل وی سیاهچاله نوعی تابش که به نام تابش هاوکینگ معروف شده است را از خود بروز می دهد اما تمامی اطلاعاتی که این تابش ممکن است به همراه خود از درون سیاه چاله به بیرون بیاورد، براثر خواص بنیادین سیاه چاله ها نابود می شود. اما از آنجاییکه از بین رفتن اطلاعات در آنها به معنای کاهش یافتن تعداد زیادی از درجات آزادی است و چون از لحاظ نظری معین بودن حالت یک سیستم در یک زمان معین باید حالت آن را برای همیشه معین کند به یک تناقض میرسیم. یکی از اصول موضوع کوانتوم مکانیک این است که اطلاعات یک سیستم در تابع موج آن تا زمان فروریزش در تابع موج باقی میماند زیرا تحول تابع موج با عملگر یکانی مشخص میشود که یکانی بودن به معنای پایستگی اطلاعات است در نتیجه این مساله ی گم شدن اطلاعات در سیاهچاله ها با اصول مکانیک کوانتومی در تناقض آشکار بود. بعدها عده ای از دانشمندان طی محاسباتی دریافتند که اطلاعات در سیاهچاله ها نابود نمی شوند بلکه به صورت همبستگی های غیرگرمایی رمزگذاری شده و در تابش هاوکینگ به طور پیوسته در حین تبخیر سیاهچاله از آن به بیرون نشر می یابد. آنتروپی بکنشتاین - هاوکینگ یا آنتروپی سیاهچاله مقدار آنتروپی است که بایستی برای یک سیاهچاله در نظر گرفت تا از دیدگاه ناظر خارجی، این سیستم از قوانین ترمودینامیک تبعیت کند. از آنجایی که این آنتروپی دقیقاً مانند آنتروپی آماری رفتار می کند، تلاش های فراوانی برای شمارش حالت های میکروکانونی سیاه چاله ها به کمک نظریه ریسمان انجام شده است. در سال 1996 آندریو استرومینگر و کامران وفا با استفاده از نظریه ریسمانها به محاسبه ی آنتروپی سیاه چاله ها پرداختند و به همان جواب هاوکینگ رسیدند.