Trou noir
Un trou noir est un objet astrophysique dont la relativité générale dit qu'il est provoqué par une masse suffisamment concentrée pour qu'elle ne cesse de s'effondrer sur elle-même du fait de sa propre gravitation, arrivant même à se concentrer en un point appelé singularité gravitationnelle. Les effets de la concentration de cette masse permettent de définir une sphère, appelée "l'horizon des évènements du trou noir", dont aucun rayonnement et aucune matière ne peut s’échapper. En effet, sa masse est telle, que même la lumière et ses photons ne peut échapper à son attraction gravitationnelle et parvenir à notre rétine (ou tout appareil d'observation). La vitesse de libération d'un trou noir n'étant pas atteignable par la lumière dont la vitesse est une constante physique indépassable, on convient qu'il est impossible d'échapper à l'attraction gravitationnelle d'un trou noir. Cette sphère est centrée sur la singularité et son rayon ne dépend que de la masse centrale ; elle représente en quelque sorte l’extension spatiale du trou noir. À proximité de cette sphère, les effets gravitationnels sont observables et extrêmes.
Entropie des trous noirs
Enfin, en parallèle à ces travaux s'est développée ce qui s'est finalement appelé la thermodynamique des trous noirs, c'est-à-dire un ensemble d'analogies frappantes entre des propriétés bien connues des systèmes thermodynamiques et les paramètres décrivant les trous noirs. En particulier, une des formulations de la thermodynamique indique que la variation formula_4 de l'énergie interne s'exprime sous la forme d'une variation d'entropie formula_5 sous la forme où "T" représente la température du système, et où les points de suspension représentent d'autres termes éventuels qui dépendent du système considéré. Si l'on considère le trou noir le plus simple qui soit, un trou noir de Schwarzschild, alors la relation entre la masse "M" et la surface "A" de ce trou noir peut s'écrire où formula_8 est une quantité appelée gravité de surface, qui est une mesure de l'intensité du champ gravitationnel au voisinage du trou noir, et "G" la constante de gravitation. Le membre de gauche de cette équation représente une variation d'énergie (toujours par la formule E=mc²), qu'il est tentant d'identifier à la variation d'énergie interne en thermodynamique ordinaire, et par analogie, il est tentant d'identifier la surface du trou noir à une forme d'entropie. Cependant, là encore, rien de précis concernant la signification de la température associée au trou noir n'apparaît.