Xem mã nguồn của Nhiệt động lực học lỗ đen

{{short description|Lĩnh vực vật lý nhằm thống nhất các định luật nhiệt động lực học với sự tồn tại của chân trời sự kiện lỗ đen}}
[[Tập tin:Black Hole Merger.jpg|nhỏ|375px|Ảnh minh họa của nghệ sĩ về hai [[lỗ đen]] đang hợp nhất, một quá trình mà [[các định luật nhiệt động lực học]] vẫn giữ]]
{{Nhiệt động lực học}}
Trong [[vật lý]], '''nhiệt động lực học lỗ đen'''<ref>{{Chú thích tạp chí |arxiv = 1410.1486|last1 = Carlip|first1 = S|title = Black Hole Thermodynamics|journal = International Journal of Modern Physics D|volume = 23|issue = 11|pages = 1430023–736|year = 2014|doi = 10.1142/S0218271814300237|citeseerx = 10.1.1.742.9918|bibcode = 2014IJMPD..2330023C}}</ref> là chuyên ngành nghiên cứu nhằm làm [[các định luật nhiệt động lực học]] tương thích với sự tồn tại của [[chân trời sự kiện]] [[lỗ đen]]. Sau khi việc nghiên cứu [[cơ học thống kê]] của [[bức xạ vật đen]] dẫn đến sự hình thành lý thuyết [[cơ học lượng tử]], nỗ lực để hiểu được bản chất cơ học thống kê của lỗ đen đã có ảnh hưởng lớn lên cái nhìn về [[hấp dẫn lượng tử]], dẫn đến sự hình thành của [[nguyên lý toàn ký]].<ref name="Bousso 2002 825–874">{{chú thích tạp chí |last=Bousso |first=Raphael |year=2002 |title=The Holographic Principle |journal=[[Reviews of Modern Physics]] |volume=74 |issue=3 |pages=825–874 |doi=10.1103/RevModPhys.74.825 |arxiv=hep-th/0203101 |bibcode=2002RvMP...74..825B}}</ref>

==Tổng quan<!--'Bekenstein–Hawking formula' and 'Bekenstein-Hawking formula' redirect here-->==

[[Định luật hai của nhiệt động lực học]] yêu cầu [[hố đen]] phải có [[entropy]]. Nếu một hố đen không có entropy, định luật thứ hai có thể bị vi phạm bằng cách cho khối lượng vào hố đen. Khi ấy entropy của hố đen tăng nhiều hơn là entropy giảm của vật bị hút vào.

Năm 1972, [[Jacob Bekenstein]] đặt giả thuyết rằng hố đen phải có entropy,<ref>{{Chú thích tạp chí| last1 = Bekenstein | first1 = A. | title =  Black holes and the second law | journal =  Nuovo Cimento Letters | volume = 4| pages = 99–104 | year = 1972 | doi = }}</ref> đồng thời trong cùng năm, ông đưa ra [[định lý không tóc]]. Phát hiện của Bekenstein được đánh giá cao bởi [[nhà vật lý lý thuyết]] nổi tiếng người Anh của [[Đại học Cambridge]], [[Stephen Hawking]].

Năm 1973 Bekenstein đề xuất <math>\frac{\ln{2}}{8\pi}\approx 0.0276</math> là hằng số tỉ lệ, khẳng định nếu hằng số thực không bằng đúng số này thì cũng rất gần nó. Năm 1974, Hawking chỉ ra rằng lỗ đen phát ra [[bức xạ Hawking]]<ref>[http://www.technologyreview.com/blog/arxiv/25805/ "First Observation of Hawking Radiation"] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120301205626/http://www.technologyreview.com/blog/arxiv/25805/ |date=2012-03-01 }} from the ''[[Technology Review]]''.</ref><ref>{{chú thích tạp chí|author=Matson, John|title=Artificial event horizon emits laboratory analogue to theoretical black hole radiation|journal=Sci. Am.|date=Oct 1, 2010|url=http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=hawking-radiation}}</ref> tương ứng với một nhiệt độ nhất định (nhiệt độ Hawking).<ref>[http://www.charlierose.com/guest/view/6294 Charlie Rose: A conversation with Dr. Stephen Hawking & Lucy Hawking] {{webarchive |url=https://web.archive.org/web/20130329060031/http://www.charlierose.com/guest/view/6294 |date=ngày 29 tháng 3 năm 2013 }}</ref><ref>''A Brief History of Time'', Stephen Hawking, Bantam Books, 1988.</ref> Sử dụng mối liên hệ [[nhiệt động lực học|nhiệt động lực]] giữa năng lượng, nhiệt độ và entropy, Hawking xác nhận giả thuyết của Bekenstein và tìm ra hằng số tỉ lệ là {{math|1/4}}:<ref>{{Chú thích tạp chí |doi = 10.1007/BF02345020|title = Particle creation by black holes|url = https://archive.org/details/sim_communications-in-mathematical-physics_1975_43_3/page/199|journal = Communications in Mathematical Physics|volume = 43|issue = 3|pages = 199–220|year = 1975|last1 = Hawking|first1 = S. W|bibcode = 1975CMaPh..43..199H}}</ref><ref>{{chú thích tạp chí | first = Parthasarathi | last = Majumdar | title = Black Hole Entropy and Quantum Gravity | arxiv = gr-qc/9807045 | journal = Indian J. Phys.| year = 1999 |bibcode = 1999InJPB..73..147M | volume = 73.21 | issue = 2 | pages = 147 }}</ref>

:<math>S_\text{BH} = \frac{k_\text{B} A}{4 \ell_\text{P}^2},</math>

trong đó {{math|''S''<sub>BH</sub>}} là entropy lỗ đen, {{mvar|A}} là diện tích của chân trời sự kiện, {{math|''k''<sub>B</sub>}} là [[hằng số Boltzmann]], và <math>\ell_\text{P} = \sqrt{G\hbar / c^3}</math> là [[độ dài Planck]]. Đây thường được gọi là '''công thức Bekenstein–Hawking'''<!--boldface per WP:R#PLA-->. Entropy của lỗ đen tỷ lệ thuận với diện tích chân trời sự kiện của nó {{mvar|A}}. Việc entropy của lỗ đen là entropy lớn nhất cho phép bởi [[giới hạn Bekenstein]] là nhận định chính dẫn đến [[nguyên tắc toàn ký]].<ref name="Bousso 2002 825–874"/> Mối quan hệ diện tích này được tổng quát hóa thành những vùng tùy ý bởi [[Giả thuyết Ryu–Takayanagi|công thức Ryu–Takayanagi]], liên hệ entropy liên đới của một lý thuyết trường bảo giác biên với lý thuyết hấp dẫn đôi của nó.<ref name=vr>
{{chú thích sách
 | last1 = Van Raamsdonk| first1 = Mark
 | title = New Frontiers in Fields and Strings
 | pages = 297–351
 | chapter = Lectures on Gravity and Entanglement
 | date = ngày 31 tháng 8 năm 2016
 | arxiv = 1609.00026
 | doi = 10.1142/9789813149441_0005
 | isbn = 978-981-314-943-4
}}</ref>

Mặc dù tính toán của Hawking cho thêm bằng chứng nhiệt động lực về entropy lỗ đen, cho đến năm 1995 chưa có ai tính được entropy lỗ đen dựa trên [[cơ học thống kê]], tức liên hệ với một lượng lớn các [[trạng thái vi mô]]. Thực tế, [[định lý không tóc]] có vẻ như ám chỉ hố đen chỉ có thế có một trạng thái vi mô.<ref name="arxiv.org">{{chú thích tạp chí |arxiv=gr-qc/0702006 |bibcode=2007PhRvL..99t1101B |doi=10.1103/PhysRevLett.99.201101 |pmid=18233129 | title=Black-Hole No-Hair Theorems for a Positive Cosmological Constant |journal=Physical Review Letters |year=2007 |volume=99 |issue=20 |pages=201101 |first=Sourav |last=Bhattacharya}}</ref> Năm 1995, tình hình thay đổi khi [[Andrew Strominger]] và [[Cumrun Vafa]] tính được entropy Bekenstein–Hawking của một hố đen [[siêu đối xứng]] trong [[lý thuyết dây]], sử dụng những phương pháp dựa trên [[D-brane]] và [[đối ngẫu dây]].<ref>{{Chú thích tạp chí| last1 = Strominger | first1 = A.| last2 = Vafa | first2 = C.| title = Microscopic origin of the Bekenstein-Hawking entropy| journal = Physics Letters B| volume = 379| issue = 1–4| pages = 99–104| year = 1996| doi = 10.1016/0370-2693(96)00345-0|arxiv = hep-th/9601029 |bibcode = 1996PhLB..379...99S }}</ref> Tính toán của họ được theo sau bởi nhiều kết quả tương tự về nhiều loại lỗ đen hơn, và chúng đều tuân theo công thức Bekenstein–Hawking. Tuy nhiên, với [[lỗ đen Schwarzschild]], được coi là lỗ đen ít cực đoan nhất, quan hệ giữa trạng thái vi mô và vĩ mô vẫn chưa được miêu tả. Nỗ lực xây dựng một câu trả lời hoàn thiện trong khuôn khổ của lý thuyết dây vẫn tiếp tục.

Trong [[hấp dẫn lượng tử vòng]] (LQG), có thể hiểu trạng thái vi mô bằng một liên hệ hình học: chúng là những hình học lượng tử của chân trời sự kiện. LQG cho một giải thích hình học của sự hữu hạn của entropy và tính tỉ lệ với diện tích của chân trời sự kiện.<ref name="Rovelli1996">{{chú thích tạp chí |last=Rovelli |first=Carlo |year=1996 |title=Black Hole Entropy from Loop Quantum Gravity|journal=Physical Review Letters |volume=77 |issue= 16|pages=3288–3291 |id= |doi=  10.1103/PhysRevLett.77.3288|pmid=10062183 |url= |access-date = |quote= |arxiv=gr-qc/9603063 |bibcode=  1996PhRvL..77.3288R}}</ref><ref name="Ashtekar1997">{{chú thích tạp chí |last=Ashtekar |first=Abhay |authorlink= |author2=Baez, John |author3=Corichi, Alejandro |author4= Krasnov, Kirill  |year=1998 |title=Quantum Geometry and Black Hole Entropy |journal=Physical Review Letters |volume=80 |issue=5 |pages=904–907 |id= |doi=10.1103/PhysRevLett.80.904 |url= |access-date = |quote= |arxiv=gr-qc/9710007 |bibcode=1998PhRvL..80..904A}}</ref> Từ dạng hiệp biến của lý thuyết lượng tử ([[bọt spin]]), có thể suy ra mối liên hệ đúng giữa năng lượng và diện tích (định luật thứ nhất), [[nhiệt độ Unruh]] và phân phối tạo nên entropy Hawking.<ref name="Bianchi2012">{{cite arXiv |last=Bianchi |first=Eugenio |year=2012 |title=Entropy of Non-Extremal Black Holes from Loop Gravity |eprint=1204.5122 |class=gr-qc }}</ref>

== Xem thêm ==
* [[Joseph Polchinski]]
*[[Robert Wald]]

== Tham khảo ==
{{tham khảo}}

=== Danh mục ===
* {{chú thích tạp chí |last=Bardeen |first=J. M. |authorlink= |author2=Carter, B. |author3=Hawking, S. W.  |year=1973 |title=The four laws of black hole mechanics |journal=Communications in Mathematical Physics |volume=31 |issue=2 |pages=161–170 |doi=10.1007/BF01645742 |url=https://archive.org/details/sim_communications-in-mathematical-physics_1973_31_2/page/161|access-date = |quote= |bibcode = 1973CMaPh..31..161B }}
* {{chú thích tạp chí |last=Bekenstein |first=Jacob D. |date=April 1973 |title=Black holes and entropy |journal=Physical Review D |volume=7 |issue=8 |pages=2333–2346 |doi=10.1103/PhysRevD.7.2333 |url= |access-date = |quote= |bibcode = 1973PhRvD...7.2333B }}
* {{chú thích tạp chí |last=Hawking |first=Stephen W. |year=1974 |title=Black hole explosions? |journal=Nature |volume=248 |issue=5443 |pages=30–31 |doi=10.1038/248030a0 |url= |access-date = |quote= |bibcode = 1974Natur.248...30H }}
* {{chú thích tạp chí |last=Hawking |first=Stephen W. |year=1975 |title=Particle creation by black holes |journal=Communications in Mathematical Physics |volume=43 |issue=3 |pages=199–220 |doi=10.1007/BF02345020 |url=https://archive.org/details/sim_communications-in-mathematical-physics_1975_43_3/page/199|access-date = |quote= |bibcode = 1975CMaPh..43..199H }}
* {{chú thích sách |title=The Large Scale Structure of Space–Time |url=https://archive.org/details/largescalestruct0000hawk |last=Hawking |first=S. W. |authorlink= |author2=Ellis, G. F. R. |year=1973 |publisher=[[Cambridge University Press]] |location=New York |isbn=978-0-521-09906-6 |pages= }}
* {{cite arxiv |last=Hawking |first=Stephen W. |year=1994 |title=The Nature of Space and Time |eprint=hep-th/9409195}}
* {{chú thích tạp chí|last='t Hooft|first=Gerardus|title=On the quantum structure of a black hole|journal=Nuclear Physics B|volume=256|pages=727–745|year=1985|url=http://igitur-archive.library.uu.nl/phys/2005-0622-153848/14549.pdf|doi=10.1016/0550-3213(85)90418-3|bibcode=1985NuPhB.256..727T|url-status=dead|archiveurl=https://web.archive.org/web/20110926235833/http://igitur-archive.library.uu.nl/phys/2005-0622-153848/14549.pdf|archive-date = ngày 26 tháng 9 năm 2011}}
* {{chú thích tạp chí |last=Page |first = Don |title=Hawking Radiation and Black Hole Thermodynamics |year=2005|arxiv=hep-th/0409024|bibcode = 2005NJPh....7..203P |doi = 10.1088/1367-2630/7/1/203 |journal=New Journal of Physics |volume=7 |issue = 1 |pages=203}}

== Liên kết ngoài ==
* [http://www.scholarpedia.org/article/Bekenstein-Hawking_entropy Bekenstein-Hawking entropy on Scholarpedia]
* [http://nrumiano.free.fr/Estars/bh_thermo.html Black Hole Thermodynamics]
* [http://xstructure.inr.ac.ru/x-bin/theme2.py?arxiv=hep-th&level=1&index1=3281361 Black hole entropy on arxiv.org]
{{Sơ khai nhiệt động lực học}}
{{Lỗ đen}}
{{Hấp dẫn lượng tử}}
{{Stephen Hawking}}
{{Kiểm soát tính nhất quán}}

[[Thể loại:Lỗ đen]]
[[Thể loại:Chuyên ngành nhiệt động lực học]]