Una manera fácil de pensar sobre la entropía de los agujeros negros es considerar que la entropía representa la pérdida de energía libre, es decir, la energía disponible para hacer el trabajo, de un sistema. Huelga decir que cualquier cosa que arrojes a un agujero negro ya no está disponible para hacer ningún trabajo en el universo más amplio.
Una manera fácil de pensar en la segunda ley de la termodinámica (que es la de la entropía) es considerar que el calor no puede fluir de una ubicación más fría a una ubicación más caliente, solo fluye hacia el otro lado. Como resultado, cualquier sistema aislado eventualmente debería alcanzar un estado de equilibrio térmico. O si lo desea, la entropía de un sistema aislado tenderá a aumentar con el tiempo, alcanzando un valor máximo cuando ese sistema logre el equilibrio térmico.
Si expresa la entropía matemáticamente, es un valor calculable y que tiende a aumentar con el tiempo. En los años setenta, Jacob Bekenstein expresó la entropía del agujero negro como un problema para la física. Sin duda, él podría explicarlo mucho mejor que yo, pero creo que la idea es que si de repente transfieres un sistema con un valor de entropía conocido más allá del horizonte de eventos de un agujero negro, se vuelve inconmensurable, como si su entropía desapareciera. Esto representa una violación de la segunda ley de la termodinámica, ya que la entropía de un sistema debería, en el mejor de los casos, mantenerse constante, o más a menudo aumentar, no puede caer repentinamente de esa manera.
Entonces, la mejor manera de manejar eso es reconocer que cualquier entropía que posea un sistema se transfiere al agujero negro cuando el sistema entra en él. Esta es otra razón por la que se puede considerar que los agujeros negros tienen una entropía muy alta.
Luego llegamos al tema de la información. La frase El rápido zorro marrón saltó sobre el perro perezoso. es un sistema de alta ingeniería con un bajo nivel de entropía, mientras extrae 26 fichas de un conjunto de scrabble y las coloca sin embargo, entregan un objeto ordenado al azar con un alto nivel de entropía e incertidumbre (en la medida en que podría ser cualquier de mil millones de posibles variaciones).
Lanza tus fichas de scrabble en un agujero negro (llevarán con ellas cualquier valor de entropía con el que comenzaron), lo que probablemente aumentará aún más dentro del agujero negro. De hecho, es probable que las baldosas no solo se vuelvan más desorganizadas, sino que se rompan en pedazos dentro del agujero negro.
Ahora hay un principio fundamental en la mecánica cuántica que requiere que la información no pueda ser destruida o perdida. Se trata más de funciones de onda que de mosaicos de scrabble, pero sigamos con la analogía.
No violarás el principio de conservación de la información al llenar un agujero negro con fichas de scrabble. Su información solo se transfiere al agujero negro en lugar de perderse, e incluso si los mosaicos se rompen en pedazos, la información todavía está allí de alguna forma. Esto esta bien.
Pero, hay un problema si en un googol más o menos años, el agujero negro se evapora a través de la radiación de Hawking, que surge de las fluctuaciones cuánticas en el horizonte de eventos y no tiene una conexión causal aparente con el contenido del agujero negro.
Una solución actualmente favorecida para este problema es el principio holográfico, que sugiere que todo lo que ingresa al agujero negro deja una huella en su horizonte de eventos, de tal manera que la información sobre todo el contenido del agujero negro puede derivarse solo de la 'superficie' del horizonte de eventos - y cualquier radiación posterior de Hawking está influenciada a nivel cuántico por esa información, de modo que la radiación de Hawking logra llevar la información fuera del agujero negro a medida que el agujero negro se evapora.
Zhang et al ofrecen otro enfoque de sugerir que la radiación de Hawking, a través del túnel cuántico, lleva la entropía fuera del agujero negro, y dado que la entropía reducida significa una incertidumbre reducida, esto representa una ganancia neta de información extraída del agujero negro. Entonces, la radiación de Hawking transporta no solo entropía, sino también información, fuera del agujero negro.
Pero, ¿es esto más o menos convincente que la idea del holograma? Bueno, eso es incierto ...
Otras lecturas: Zhang y col. Una interpretación para la entropía de un agujero negro.
