Граница Бекенштейна - это предел количества энтропии, которое может иметь термодинамическая система. Граница задается следующим выражением:
Равенство достигается для черных дыр.
Теперь система находится в термодинамическом равновесии, когда энтропия системы максимальна и ограничения системы (такие как давление, объем и т. Д.) Соблюдены. В нашей повседневной жизни, когда мы рассматриваем термодинамические системы, граница никогда не достигается; кажется, что ему удовлетворяют только термодинамические системы в масштабе астрономических объектов.
Почему равенство достигается только в определенных масштабах?
Граница Бекенштейна говорит о максимальной энтропии, которая может содержаться в данном объеме. Он не говорит о максимальной энтропии замкнутой системы с фиксированной плотностью энергии. Различие здесь очень важно. Для системы с относительно низкой плотностью энергии максимальное энтропийное состояние не является черной дырой. Вместо этого это рассеянное излучение. Вот почему существует излучение Хокинга. Когда черная дыра излучает в пустое пространство, общая энтропия увеличивается (1) .
Итак, это часть ответа на ваш вопрос: низкоэнергетические термодинамические системы не оседают в черных дырах, потому что это не самое высокое их энтропийное состояние. Ваш дополнительный вопрос может звучать так: хорошо, так почему предел плотности энтропии выполняется только в астрономических масштабах?
Я думаю, что лучший ответ, который я могу вам дать, таков: гравитация уникальна среди сил тем, что она всегда притягивает, и в результате у нее гораздо больше возможностей помещать материю и, следовательно, энтропию в компактную область. Но гравитация также, как известно, намного слабее, чем любая другая сила, поэтому она актуальна только в больших масштабах, где все остальные силы нейтрализуются из-за эффектов экранирования. Почти наверняка есть веская причина того, что гравитация обладает этими двумя отличительными свойствами, но, насколько я знаю, нам потребуется понимание квантовой гравитации, чтобы действительно ответить на эти вопросы.
Объемный масштаб черной дыры никак не связан с ее свойствами.
Черные дыры демонстрируют так много совершенно странного и экстремального поведения не из-за их размера, а из-за невероятной массы, которую они имеют.
Задумайтесь на мгновение о законе тяготения Ньютона. Гравитационная сила между двумя объектами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и пропорциональна массам обоих объектов.
Теперь представьте сферическую звезду. Гравитационная сила, ощущаемая другим объектом от звезды, направлена к самому центру звезды, почти как если бы вся масса звезды локализована в центральной точке, а объем звезды просто представляет собой физическую границу, удерживающую другую материю. от приближения к центру.
Если вы уменьшите звезду до размера, похожего на точку по сравнению с ее первоначальным объемом, но сохраните всю массу (подобно тому, как звезды коллапсируют, образуя черные дыры), вы сможете достичь гораздо более высокой гравитационной силы с помощью ньютонов. уравнение, потому что вы сможете подойти намного ближе к локализованному в пространстве источнику гравитационной силы.
Та же концепция применима к любому масштабу. Если вы каким-то образом втиснете массу целого континента в объем размером с кончик карандаша (или что-то в этом роде), вокруг кончика карандаша может быть горизонт событий, представляющий собой расстояние от центра, на котором гравитация становится слишком интенсивной даже для свет, чтобы сбежать. По сути, у вас будет черная дыра.
Анна В