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天体物理学家：黑洞实际上消耗了熵
熵是那些令人敬畏的深刻概念之一，它们构成了整个物理领域(在这种情况下，是热力学)的核心，但不幸的是，它们是如此的数学化，以至于很难用通俗的语言来解释。但我们会尝试一下。
每当我看到熵这个词，我喜欢用“计算我可以以多少种方式重新排列一个场景，同时让它基本保持不变”这个短语来替换它。我承认，这有点拗口，所以熵这个词还是必须的。
你在周末早上起床，决定终于要完成清理你卧室的艰巨任务。
你捡起、清洁、折叠并收好你的衣服。你整理你的床单。你拍打你的枕头。你整理你的内衣抽屉。
经过几个小时的努力，你后退一步，欣赏你的成果，但你已经可以感觉到你胃里的紧张不安。不久，你就知道它又会变得乱七八糟。
你本能地知道这一点，因为只有一种单一的方式可以让你的房间完全整洁，每样东西都有一个位置，每样东西都放在它该在的地方。
只有一种方式可以有这种精确的场景。既然你现在熟悉这个词了，你可以随意地使用它：你可以说，一个完全干净的房间的熵非常低。
让我们引入一些混乱。你拿起一只没有配对的袜子，扔到你的房间里。它现在是乱的。
你可以对这种混乱进行量化的衡量。你的孤独的袜子可以在地板上。它可以在床上。它可以从抽屉里露出一半。
有很多种方式可以重新排列这个场景——你房间里一只不整齐的袜子的出现——同时保持整体画面不变。熵更高了。
然后你的狗，或者你的孩子，或者你的狗和孩子一起冲进房间。混乱开始了。
没有什么东西在它应该在的地方，几乎有无限多种方式可以达到同样的混乱程度。
熵——以及挫折感——非常高。
物理学家喜欢使用熵，因为它也是一种方便的方式来编码系统中的信息。
因此，通过测量熵——一种物理学家非常习惯处理的量——他们也可以掌握系统中的信息量。
这适用于宇宙中的任何系统，比如黑洞。
从1981年开始，物理学家Jacob Bekenstein——他的工作差一点就让我们把它称为Bekenstein辐射——发现了关于黑洞及其事件视界的两个非凡的、非直觉的事实。
一，黑洞内部的体积代表了宇宙中任何同样大小的体积可以拥有的最大熵。
二，黑洞的事件视界的面积与黑洞的熵成正比。
换句话说，黑洞是最大熵的球体。让这个事实沉淀一下。
无论你的房间变得多么乱，无论你是故意还是无意地增加它的熵，你永远也无法超过一个房间大小的黑洞的熵。这个事实应该立即引起一些令人不安但又有趣的问题。
在宇宙中所有的奇妙的创造物中，为什么自然选择了黑洞来包含最多的熵？这是一个巧合，还是这在教我们关于量子力学、引力和信息之间的联系的一些有价值的东西？
当你了解到Bekenstein发现的关于黑洞的第二个事实时，你应该感到更加不安和兴奋。当你向黑洞添加信息时，它会变大。
这本身并不令人惊讶，但黑洞——而且只有黑洞——以一种特殊的方式增长，它们的表面积，而不是它们的体积，与进入它们的新信息的量成正比。
如果你拿宇宙中的任何其他系统来比较——一个恒星吞噬一个行星，你吃掉一个奶酪汉堡——组合系统的熵和信息都会增加。体积也会增加(无论是对于恒星还是对于你)。
而且体积的增加与信息增加的量成正比。
但是黑洞，由于我们还不知道的某种原因，违背了这种常识的直觉画面。
本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。