1115
Знамениті закони термодинаміки чорних дір, які Стівен Гокінг і його колеги сформулювали у 1970-х, отримали суттєве оновлення. Фізики зі Стейтового університету Пенсильванії розширили ці закони так, щоб вони описували реальні чорні діри — ті, що народжуються, зливаються та випаровуються, а не лише ідеалізовані незмінні об’єкти. Роботу опубліковано в Physical Review Letters і відзначено як рекомендацію редакції.
Оригінальна теорія Гокінга проводила глибоку аналогію між чорними дірами й термодинамікою: площа горизонту поводилася як ентропія, а поверхнева гравітація — як температура. Проблема полягала в тому, що ця елегантна схема працювала лише для стаціонарних чорних дір у рівновазі. Справжні ж астрофізичні об’єкти постійно змінюються — поглинають речовину, стикаються один з одним і повільно втрачають масу через випромінювання Гокінга.
Команда під керівництвом Абхая Аштекара разом з аспірантами Даніелем Параїзо та Джонатаном Шу запропонувала використовувати не звичний горизонт подій, а так званий динамічний горизонт. Ключова відмінність принципова: властивості горизонту подій неможливо визначити лише з локальної фізики — потрібно знати все майбутнє чорної діри. Динамічний горизонт натомість вимірюється в конкретний момент часу, що робить його придатним для опису систем, які не перебувають у рівновазі.
На цій основі дослідники вивели нову міру ентропії, тісніше пов’язану з обертанням і енергією чорної діри. Завдяки цьому термодинамічні закони вдалося поширити на бурхливі процеси на кшталт злиття, які реєструють гравітаційно-хвильові обсерваторії. Фактично теорія тепер описує, як змінюються ентропія й енергія чорної діри в динаміці, а не лише в її кінцевому спокійному стані.
Значення цього кроку сягає далеко за формальну красу рівнянь. Термодинаміка чорних дір лежить на перетині гравітації, квантової теорії та статистичної фізики й вважається одним із найважливіших орієнтирів у пошуках квантової теорії гравітації. Розширивши закони на реальні, змінні об’єкти, фізики отримують теоретичний апарат, який можна безпосередньо зіставляти зі спостереженнями детекторів на кшталт LIGO — там, де стара ідеалізована картина вже не давала відповіді.
