Un moyen facile de penser à l'entropie des trous noirs est de considérer que l'entropie représente la perte d'énergie libre - c'est-à-dire l'énergie disponible pour travailler - d'un système. Inutile de dire que tout ce que vous jetez dans un trou noir n'est plus disponible pour faire un travail dans l'univers plus large.
Un moyen facile de penser à la deuxième loi de la thermodynamique (qui est celle de l'entropie) est de considérer que la chaleur ne peut pas circuler d'un endroit plus froid vers un endroit plus chaud - elle ne circule que dans l'autre sens. En conséquence, tout système isolé devrait finalement atteindre un état d'équilibre thermique. Ou si vous le souhaitez, l'entropie d'un système isolé aura tendance à augmenter avec le temps - atteignant une valeur maximale lorsque ce système atteint l'équilibre thermique.
Si vous exprimez l'entropie mathématiquement - c'est une valeur calculable et qui a tendance à augmenter avec le temps. Dans les années 70, Jacob Bekenstein a exprimé l'entropie des trous noirs comme un problème pour la physique. Il pourrait sans doute l'expliquer beaucoup mieux que moi, mais je pense que l'idée est que si vous transférez soudainement un système avec une valeur d'entropie connue au-delà de l'horizon des événements d'un trou noir, cela devient incommensurable - comme si son entropie disparaissait. Cela représente une violation de la deuxième loi de la thermodynamique - puisque l'entropie d'un système devrait au mieux rester constante - ou plus souvent augmenter - elle ne peut pas soudainement chuter comme ça.
Donc, la meilleure façon de gérer cela est de reconnaître que toute l'entropie qu'un système possède est transférée dans le trou noir lorsque le système y pénètre. C'est une autre raison pour laquelle les trous noirs peuvent être considérés comme ayant une entropie très élevée.
Nous arrivons ensuite à la question de l'information. La phrase Le rapide renard brun sauta par dessus le chien paresseux est un système hautement conçu avec un faible niveau d'entropie - tout en tirant 26 tuiles d'un ensemble de scrabble et en les posant, quelle qu'elles soient, il fournit un objet ordonné au hasard avec un niveau élevé d'entropie et d'incertitude (dans la mesure où il pourrait d'un milliard de variations possibles).
Jetez vos tuiles de scrabble dans un trou noir - elles emporteront avec elles la valeur d'entropie avec laquelle elles ont commencé - qui est susceptible d'augmenter davantage dans le trou noir. En effet, il est probable que les tuiles deviendront non seulement plus désorganisées mais aussi écrasées en morceaux dans le trou noir.
Maintenant, il existe un principe fondamental en mécanique quantique qui exige que les informations ne puissent pas être détruites ou perdues. Il s’agit plus de fonctions d’ondes que de tuiles de scrabble - mais restons sur l’analogie.
Vous ne violerez pas le principe de conservation de l'information en remplissant un trou noir de tuiles de scrabble. Leurs informations sont simplement transférées dans le trou noir plutôt que d'être perdues - et même si les tuiles sont écrasées en morceaux, les informations sont toujours là sous une forme ou une autre. C'est acceptable.
Mais, il y a un problème si dans un googol ou quelques années, le trou noir s'évapore via le rayonnement de Hawking, qui résulte de fluctuations quantiques à l'horizon des événements et n'a aucun lien de causalité apparent avec le contenu du trou noir.
Une solution actuellement privilégiée à ce problème est le principe holographique - qui suggère que tout ce qui pénètre dans le trou noir laisse une empreinte sur son horizon d'événements - de sorte que les informations sur le contenu entier du trou noir peuvent être dérivées uniquement de la `` surface '' de l'horizon des événements. - et tout rayonnement Hawking subséquent est influencé au niveau quantique par cette information - de telle sorte que le rayonnement Hawking réussit à transporter des informations hors du trou noir lorsque le trou noir s'évapore.
Zhang et al proposent une autre approche en suggérant que le rayonnement de Hawking, via un tunnel quantique, transporte l'entropie hors du trou noir - et puisque l'entropie réduite signifie une incertitude réduite - cela représente un gain net d'informations extraites du trou noir. Ainsi, le rayonnement de Hawking transporte non seulement l'entropie, mais aussi des informations, hors du trou noir.
Mais est-ce plus ou moins convaincant que l'idée d'hologramme? Eh bien, c'est incertain ...
Lectures complémentaires: Zhang et al. Une interprétation pour l'entropie d'un trou noir.
