V klasični teoriji splošne relativnosti so črne luknje razmeroma preprosti objekti. Lahko jih opišemo s samo tremi lastnostmi: maso, nabojem in rotacijo. Toda vemo, da je splošna teorija relativnosti nepopolna teorija. Kvantna mehanika je najbolj očitna v obnašanju drobnih predmetov, vendar igra vlogo tudi pri velikih predmetih, kot so črne luknje. Za opis črnih lukenj na kvantni ravni potrebujemo teorijo kvantne gravitacije. Zaenkrat še nimamo popolne teorije, toda zaenkrat vemo, da kvantna mehanika naredi črne luknje bolj zapletene, kar jim daje lastnosti, kot sta temperatura in morda celo tlak.
Temperatura je morda najbolj znana kvantna lastnost črne luknje. Zaradi mehkosti kvantnih delcev energija ne more biti v celoti vezana na horizont dogodkov črne luknje. Včasih lahko energija pobegne iz gravitacijskega zapora s postopkom, znanim kot Hawkingovo sevanje. Količina energije, ki uide, je majhna, vendar to pomeni, da imajo črne luknje (zelo hladno) temperaturo. In to pomeni, da lahko črne luknje opišemo v smislu zakone termodinamike. Za običajno snov termodinamika ne opisuje le temperature predmeta, temveč tudi lastnosti, kot je tlak. Tu pride ta nova študija.
Entropija črne luknje je povezana s površino obzorja dogodkov. Zasluge: Jacob D. Bekenstein
Ekipa je gledala termodinamično lastnost, znano kot entropija. Entropija je subtilen koncept, ki ga pogosto opisujejo kot merilo motnje sistema ali količino informacij, potrebnih za opis sistema. Nanaša se na temperaturo predmeta po drugem zakonu termodinamike. V črnih luknjah je entropija povezana s površino obzorja dogodkov. Fiziki preučujejo entropijo črne luknje, ker bi nam lahko pomagala odgovoriti na temeljna vprašanja o kvantni gravitaciji, na primer, ali lahko črna luknja uniči informacije.
Tako je ekipa uporabljala entropijske enačbe na preprosto črno luknjo in poskušala ugotoviti, kaj se zgodi, ko razširite Einsteinove enačbe v kvantno teorijo, kar je običajen trik, znan kot polklasični pristop. Ko so to storili, so v svojih enačbah nenehno dobivali čudne dodatne izraze, ki jih niso pričakovali. Ti izrazi niso imeli smisla, dokler jih ekipa ni pogledala v smislu pritiska. Izkazalo se je, da dodatni izrazi delujejo kot pritisk za črno luknjo na enak način, kot atomi plina v posodi ustvarjajo tlak. Z drugimi besedami, ko uporabiš kvantno teorijo na črno luknjo, dobiš tako temperaturo kot tlak.
Tako kot pri Hawkingovi temperaturi je tudi ta kvantni tlak za črno luknjo izjemno majhen. Je veliko premajhen, da bi vplival na vrste črnih lukenj, ki jih vidimo v vesolju. Toda dejstvo, da obstaja, bi lahko imelo resnične posledice za najbolj ekstremne regije kozmosa, kot je veliki pok. Ta model je preveč preprost za uporabo v resničnih sistemih, vendar je zanimiv namig za popolnejšo teorijo kvantne gravitacije.
Referenca:Xavier Calmet, et al. “ Kvantne gravitacijske korekcije entropije a Schwarzschildova črna luknja.'Fizični pregled D104,6 (2021): 066012.
