熵的思考给了我们黑洞物理学和量子粒子之间的联系

斯蒂芬霍金对黑洞的想法很多。但他最大的洞察力，即将重力与量子力学联系在一起的工作来自于对熵的思考 - 这一概念非常基础，不仅对日常生活的物理学而且对时间本身的意义至关重要。

最简单地说，熵是一种量化系统中无序数量的方法。在大多数情况下，它是相当直观的。炒鸡蛋的熵比整个熵高。一堆砖和木板比每个砖和木板在其适当位置的房屋具有更多的熵。

系统(或宇宙中)的总熵必须随着时间的推移而增加的原理被称为热力学第二定律 - 如果你曾经试图让你的桌子保持清洁，那么它可能是最相关的。基本物理原理。

当然，法律并不意味着你不能把一堆砖和木板变成一个房子，甚至如果你花了足够的时间和精力，就不可能解开一个鸡蛋。它只是意味着在一个地方减少熵需要在其他地方创造更多的熵。

在房屋建筑的例子中，你将最终消耗能量钉在钉子和堆积砖。在某种意义上，一些能量将表现为会散发到环境中的热量，使你周围的空气变得“混乱”。较高的温度意味着更高的熵(因为当更热时，粒子以随机方式移动更多)。

你的工作将不可避免地以某种方式产生足够的熵来弥补砖块的有序排列。

那么，这与黑洞有什么关系呢?

在20世纪70年代，霍金和其他物理学家正在玩两个看似无关的概念：宇宙中熵的不可避免的增加; 事实上没有任何东西可以逃脱黑洞。

他们开始提问。如果你拿一个高熵的东西扔进黑洞怎么办?熵在哪里?你是否通过减少宇宙中的熵量来打破第二定律?他们可能得出的唯一合乎逻辑的结论是，黑洞本身必须具有熵。

热力学规则说，要有一个确定的熵，黑洞也必须有一个温度 - 它必须产生一些可以被外面的人感知的热量。这意味着必须有某种方法(在这种情况下是高能粒子或辐射)从黑洞中出来。

详细了解霍金如何使这一切工作都需要深入研究一些广义相对论和量子力学，但简短的版本是考虑熵给了我们黑洞物理学与量子粒子物理学之间的联系。这彻底改变了我们对两者的看法。

当最后的计算完成后，结果发现黑洞应该辐射热量，称为霍金辐射，看起来几乎与热扑克扑入火中的发光相同。这一预测创造了物理学家仍在试图解决的全新悖论。

但熵比这更深。许多物理学家认为，熵的不断增加是时间本身向前传递的原因。大多数物理学都可以向后或向前工作，但熵只会增加一种方式，这可能就是为什么我们能够记住过去而不是预见未来。时间的箭头取决于熵的上升方向。

在物理学的伟大传统中，每一个新见解都会产生新的问题。将时间的箭头连接到熵的增加引出了一个棘手的问题，即宇宙是如何在熵如此之低以至于它一直能够持续增加的状态下开始的。

虽然我们还没有回答这个问题，但我们希望它可以指出我们更好地理解宇宙是如何开始的，当熵达到其最终状态时，命运可能会降临。

与此同时，我们每个人都将继续成为我们自己的宇宙小口袋中的混乱代理人。我们都可以从知道你不能把它们扔进黑洞中解决你的问题来学习; 你只会比起步时更糟糕。