Fizicieni de la Penn State au extins legile termodinamicii găurilor negre, formulate de Stephen Hawking acum cinci decenii, astfel încât să se aplice și găurilor negre reale, aflate în continuă schimbare, nu doar celor perfect stabile din teorie.

Găurile negre sunt printre cele mai extreme obiecte cunoscute din Univers. Comprimă cantități uriașe de masă într-o regiune minusculă, producând o gravitație atât de puternică încât nici lumina nu poate scăpa din ea. La începutul anilor ’70, Stephen Hawking și alți cercetători au descoperit o legătură surprinzătoare între aceste obiecte extreme și legile termodinamicii, cele care descriu procese obișnuite, precum încălzirea apei pe aragaz.

O teorie valabilă doar pentru găuri negre „perfecte”

Hawking a arătat că mărimea orizontului de evenimente al unei găuri negre, granița dincolo de care nici lumina nu mai poate ieși, este proporțională cu entropia sa, iar temperatura depinde de o combinație între masă și spin. „Asta a schimbat felul în care erau văzute proprietățile termodinamice ale găurilor negre, dintr-un concept matematic descris de ecuații, într-o realitate fizică”, a explicat Daniel E. Paraizo, doctorand la Penn State și unul dintre autorii noului studiu.

Problema, spun cercetătorii, este că legile lui Hawking funcționează doar atunci când o gaură neagră este în echilibru, adică neschimbată în timp. „Au fost formulate pentru găuri negre aflate în echilibru, nu în schimbare, dar găurile negre se schimbă permanent, se formează, fuzionează și, în cele din urmă, se evaporă”, a explicat Abhay Ashtekar, profesor emerit de fizică la Penn State și liderul echipei de cercetare.

O nouă măsură a entropiei, pentru găuri negre în mișcare

Echipa condusă de Ashtekar, alături de Paraizo și Jonathan Shu, a propus o nouă modalitate de a calcula entropia unei găuri negre, de data aceasta legată direct de proprietățile ei fizice, spinul și energia, nu doar de aria orizontului de evenimente static. Publicat în Physical Review Letters, studiul extinde astfel prima și a doua lege ale termodinamicii găurilor negre la situații aflate oricât de departe de echilibru.

„Asta ne permite să extindem prima și a doua lege ale termodinamicii la găuri negre care nu sunt în echilibru, depășind astfel limitările paradigmei folosite timp de peste jumătate de secol”, a spus Ashtekar. Autorii spun că noile legi generalizate ar putea ajuta la o mai bună înțelegere a găurilor negre aflate în evaporare, conform teoriei cuantice, dar și a fuziunilor de găuri negre, exact genul de evenimente detectate prin unde gravitaționale de colaborarea LIGO-Virgo-KAGRA.

De altfel, chiar radiația pe care Hawking a prezis-o în acest cadru teoretic a primit, recent, o confirmare de laborator. Un articol prezentat recent de ȘpV arăta cum o echipă de fizicieni a surprins, într-un analog optic construit dintr-o fibră de lumină, mecanismul exact prin care „se nasc” particulele acestei radiații, o piesă teoretică ce lipsea de peste cinci decenii.

Peste cinci decenii, legile lui Hawking au rămas neschimbate pentru găurile negre aflate în echilibru. Acum, pentru prima dată, aceleași principii par să funcționeze și pentru găurile negre așa cum sunt ele cu adevărat: în continuă mișcare, formare și dispariție.

---

Surse:
Ashtekar, A., Paraizo, D. E., Shu, J. (2026) — „Thermodynamics of Black Holes, Far from Equilibrium” — Physical Review Letters, vol. 136, art. 251405 — Universitatea Penn State, Departamentul de Fizică și Institute for Gravitation and the Cosmos — DOI: 10.1103/3c1r-v8f1