ترمودینامیک سیاهچاله

ترمودینامیک سیاهچاله شاخه ای از علم فیزیک است که به مطالعه قوانین ترمودینامیک در افق رویداد سیاهچاله می پردازد. به همان اندازه که مطالعه مکانیک آماری مربوط به تابش سیاهچاله منجر به ظهور تئوری مکانیک کوانتومی شد، تلاش برای فهمیدن مکانیک آماری سیاهچاله تأثیر شدیدی روی درک گرانش کوانتومی داشت که در نهایت منجر به فرمول بندی اصل تمام نگاری ( holographic principle ) شد. [ ۱]
چهار قانون مکانیک سیاهچاله ها خواص فیزیکی هستند که ما باور داریم سیاه چاله از آن پیروی می کند. این قوانین همانند قوانین ترمودینامیک سیاهچاله، توسط براندون کارتر، استیون هاوکینگ و جیمز باردین کشف شد.
شتاب گرانشی برای یک سیاه چاله غیرچرخان ( ایستا ) ، در همه نقاط افق رویداد آن برابر است.
تغییرات جرم تابعیتی از تغییرات مساحت افق رویداد سیاهچاله، تکانه زاویه ای و بار الکتریکی توسط رابطه زیر داده می شود:
که در این رابطه M جرم سیاهچاله، κ شتاب گرانشی سطح، A مساحت افق رویداد، Ω سرعت زاویه ای گردش سیاهچاله، J تکانه زاویه ای، Φ پتانسیل الکتریکی و Q بارالکتریکی می باشد.
با فرض شرایط انرژی ضعیف ( weak energy condition ) مساحت افق رویداد تابعی صعودی بر حسب زمان می باشد:
این قانون جایگزینی است برای کشف هاوکینگ که بیان می دارد سیاه چاله ها تابش می کنند، که در نتیجه باعث می شود هم جرم و هم مساحت افق رویداد سیاهچاله کاهش یابد.
غیرممکن است که بتوانیم سیاه چاله ای داشته باشیم که شتاب گرانشی در سطح آن به صفر میل می کند. به بیان دیگر نمی توان هیچگاه به رابطه κ = ۰ رسید.