الديناميكا الحرارية للثقب الأسود

يتم التعبير عن القوانين بوحدات قياس جيومترية - نظام الوحدات الهندسية، أي حسب الضوء والجاذبية.

الأفق له جاذبية سطحية لثقب أسود ثابت.

النسبة للاضطرابات الناجمة عن الثقوب السوداء الثابتة، يرتبط تغيير الطاقة بتغير المنطقة والزخم الزاوي والشحنة الكهربائية حسب المعادلة الآتية:

${\displaystyle dE={\frac {\kappa }{8\pi }}\,dA+\Omega \,dJ+\Phi \,dQ,}$

حيث ${\displaystyle E}$ هي الطاقة، ${\displaystyle \displaystyle \kappa }$ جاذبية السطح، ${\displaystyle A}$ مساحة الأفق، ${\displaystyle \Omega }$ سرعة الزاوي، ${\displaystyle J}$ زخم الزاوي، ${\displaystyle \Phi }$ استقرارية الشحنة الكهربائية، ${\displaystyle Q}$ كمية الشحنة الكهربائية.

منطقة الأفق تفرض شرط الطاقة الضعيفة مما يجعل مرور الوقت عليها غير متناقص بحسب القانون الآتي: ${\displaystyle {\frac {dA}{dt}}\geq 0.}$ تم التخلي عن هذا القانون بعد اكتشاف هوكينج لأشعاعات الثقب الأسود التي تجعل كتلة الثقب الأسود ومساحة الأفق تتغلب على الوقت ما يجعله يمر ببطيء شديد.

ليس من الممكن تشكيل ثقب أسود مع جاذبية سطحية في حالة تلاشي، ذلك أن الحالة ${\displaystyle \kappa =0}$ غير ممكنة.

يشبه القانون الصفري للديناميكا الحرارية، والذي ينص على أن درجة الحرارة ثابتة في جميع أنحاء الجسم في حالة التوازن الحراري، ويقترح أن الجاذبية السطحية مماثلة لدرجة الحرارة. حيث الثابت T للتوازن الحراري لنظام عادي مماثل للثابت ${\displaystyle \kappa }$ فوق أفق الثقب الأسود الثابت.

على الجانب الأيسر، ${\displaystyle \operatorname {d} \!E}$، هو التغيير في الطاقة (متناسب مع الكتلة). على الرغم من أن المصطلح الأول على اليمين لا يحتوي على تفسير فعلي واضح على الفور، فإن المصطلحين الثاني والثالث على الجانب الأيمن يمثلان تغيرات في الطاقة بسبب الدوران والكهرومغناطيسية. وعلى نحو مماثل، فإن القانون الأول للديناميكا الحرارية هو عبارة عن بيان للحفاظ على الطاقة، والذي في حالة نظام مغلق يحتوي على جانبه الأيمن مصطلح ${\displaystyle T\operatorname {d} \!S}$ كما يلي: ${\displaystyle \operatorname {d} \!U=T\operatorname {d} \!S-P\operatorname {d} \!V}$

القانون الثاني هو بيان نظرية منطقة هوكينج، وعلى نحو مماثل، ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن التغير في الإنتروبيا في نظام منعزل سيكون أكبر من أو يساوي الصفر في العملية العفوية، مما يوحي بوجود صلة بين الإنتروبيا ومساحة أفق الثقب الأسود، ورغم هذا، فإن هذا الإصدار ينتهك القانون الثاني للديناميكا الحرارية من خلال المادة المفقودة (الإنتروبيا) عند وقوعها، مما يعطي تناقصًا في الإنتروبيا، ومع ذلك، فإن تعميم القانون الثاني على أنه مجموع إنتروبيا الثقب الأسود والانتروبيا الخارجية، يُظهر أن القانون الثاني للديناميكا الحرارية لا ينتهك في نظام يشمل الكون وراء أفق الثقب الأسود.

الثقوب السوداء التي لها جاذبية سطحية متلاشية. يفيد أن ${\displaystyle \kappa }$ لا يمكن أن يذهب إلى الصفر وهذا مماثل مماثل للقانون الثالث للديناميكا الحرارية، والذي ينص على أن الإنتروبيا في النظام عند الصفر المطلق ثابتة. هذا لأن النظام عند درجة حرارة الصفر موجود في حالته النهائية، وعلاوة على ذلك، سوف تصل ${\displaystyle \Delta S}$ إلى الصفر عند درجة حرارة الصفر، بل S نفسها ستصل إلى الصفر، على الأقل بالنسبة للمواد البلورية المثالية لا يُعرف أي انتهاكات تم التحقق منها تجريبًا لقوانين الديناميكا الحرارية.