Чёрная дыра — не просто космический пылесос. Это область с такой сильной гравитацией, что даже свет не может её покинуть. Но если поместить её в идеальную жидкость из тёмной материи и добавить облако струн — тонких, натянутых во всём пространстве нитей, — картина усложняется. Авторы работы взяли за основу энтропию (меру беспорядка) Бекенштейна-Хокинга и добавили к ней квантовые поправки — как рябь на воде от случайных толчков.
Эти поправки бывают двух сортов. Первый — логарифмические: они возникают от слабых тепловых дрожаний и меняют массу, свободную энергию и теплоёмкость чёрной дыры. Теплоёмкость — ключ к устойчивости: если она положительна, дыра стабильна, если отрицательна — разваливается. С логарифмическими поправками в какой-то момент знак меняется, и чёрная дыра из неустойчивой становится устойчивой. Второй сорт — экспоненциальные поправки, рождённые сильными квантовыми скачками. Они почти незаметны для больших дыр, но становятся главными, когда размер дыры сжимается до планковских масштабов (около 10⁻³⁵ метра).
Исследователи также проверили, есть ли у такой системы критическая точка — особое состояние, где исчезает разница между жидкостью и газом (как у воды при 374°C и 218 атмосферах). Для этого они искали место, где первая и вторая производные давления по объёму одновременно обращаются в ноль. Увы, в физически допустимой области такого перегиба не нашлось. Значит, фазовый переход здесь устроен иначе.
Энтропия чёрной дыры пропорциональна площади её горизонта событий, а не объёму — словно вся информация о том, что упало в дыру, записана на её поверхности, как на голограмме.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса чёрные дыры используются как вычислительные устройства — идея перекликается с попытками понять их термодинамику и энтропию.