Pokud se dnes ve fyzice hovoří o nutnosti nějaké jednotné, všeobjímající teorie, má se zpravidla na mysli zastřešení obecné teorie relativity a kvantové fyziky. Vnitřní oddělenost až rozervanost jednotlivých oborů je však ještě složitější… Onou subdisciplínou, na kterou se v rámci "velkého sjednocení" často zapomíná, je termodynamika.
Ačkoliv původní název by mohl svádět k představě, že jde o nauku o teple, v dnešním pojetí se jedná spíše o obor studující vratné a nevratné děje, respektive distribuci energie/informace ve vztahu k času. Klíčovým pojmem, s nímž se v termodynamice pracuje, je pak tzv. entropie, obvykle definovaná jako míra neuspořádanosti. Entropie uzavřených systémů musí podle druhého termodynamického zákona růst.
Téměř všechny děje popisované v rámci newtonovské mechaniky a stejně tak i teorie relativity a kvantové fyziky mohou probíhat oběma směry, neboli jsou vratné, "časově invariantní". Střepy rozbitého šálku se klidně mohou zase složit do podoby neporušené nádoby — pokud vektory rychlosti všech částic budou mít v určitý okamžik přesně stanovené hodnoty.
Termodynamika naopak vysvětluje, proč k samovolnému poskládání šálku obvykle nedochází — jejím základem je princip statistiky a náhodnosti. Jako analogii si lze představit, že v nádobě s vodou také nedojde k distribuci rychle a pomalu kmitajících molekul tak, aby polovina nádoby zamrzla a ve druhé se voda začala vařit.
V tuto chvíli pomiňme jisté komplikace, které působí fakt, že ani veškeré děje na úrovni kvantové fyziky nejsou úplně vratné. Existuje jediná zatím známá výjimka, kterou je tzv. rozpad kaonu spojeny s porušením CP symetrie. Jádrem našeho problému je ale něco jiného: Skutečnost, že dle původní představy se v černé díře jaksi "všechno ztrácí", jde o nenasytný a naprosto nevybíravý jícen. Co jednou spadne do černé díry, to je pro okolní vesmír zcela ztraceno, z jejího chřtánu neunikne ani světlený paprsek (proto se ostatně označuje jako černá díra).
Řekli jsme si, že entropie systému musí neustále růst. Představme si tedy nyní systém, v němž je relativně uspořádaná a relativně neuspořádaná část. Pokud nyní onu neuspořádanou část necháme spadnout do černé díry, co se stane? (Uvažujeme nadále systém jako složený z původní soustavy a z černé díry.)
Podle původních představ se s černou dírou nestane nic, protože u ní nemá smyl mluvit o žádné entropii. Protože míra neuspořádanosti/entropie původní soustavy odstraněním neuspořádané části jistě klesla, klesla by i celková entropie systému, což je ovšem v rozporu s druhým termodynamickým zákonem.
Jak z problému ven? Jednou z možností je říct, že druhý zákon termodynamiky platí jen v rámci splnění určitých speciálních podmínek, že nepopisuje jevy na pomezí černých děr. Řešení je to jednouché, ovšem poněkud zavání alibismem. Jacob Bekenstein se rozhodl vydat jinou cestou a jako první přišel s myšlenkou, že i černé díře by měla být přiřazena určitá entropie.
Nicméně: Při pohledu zvenčí dojde při pádu libovolného tělesa do černé díry k jediné změně: Černá díra se při pohlcení další hmoty stane ještě hmotnější. To se mj. projeví i vzrůstem její přitažlivé síly, takže vzroste poloměr reprezentující tzv. horizont událostí — tedy vlastně oblast, ze které už není návratu.
Odtud byl už jen krůček k myšlence, že právě horizont událostí, respektive povrch koule oddělující černou díru od okolního vesmíru, je tedy jakýmsi způsobem mírou entropie černé díry.
Entropie je v matematických rovnicích spřažena s absolutní teplotou vyjádřenou ve stupních Kelvina (příslušná definice zní, že ideální krystal za teploty absolutní nuly má nulovou entropii). Pokud má tedy černá díra entropii, musí mít rovněž určitou teplotu. A pokud má teplotu, musí také zářit. Zbývalo už jen, aby Stephen Hawking přišel na svůj zřejmě největší objev, kterým je vyzařování černých děr.
Černé díry tedy nejsou úplně černé a platnost druhého zákona termodynamiky byla obhájena — alespoň pro tuto oblast. Neboť současně zažívají velký boom teorie, které sice druhý termodynamický zákon zcela nepopírají, ale odkazují ho do patřičných mezí. Tvrdí, že i v rámci zákona o rostoucí míře neuspořádanosti mohou vznikat uspořádané struktury/oblasti (čehož konec konců je například pozemská biologická evoluce jakýmsi intuitivně pochopitelným důkazem). Zkoumání příslušných pravidel světa "mimo druhý termodynamický zákon" se pak zabývá například teorie chaosu.
