Alles begann so vielversprechend. Auf einmal brach unser Universum auf die Bühne, aber ein Großteil dieses anfänglichen Ausbruchs löste sich schnell in Hintergrund-Neutrinos und -Photonen auf – und seitdem hat so ziemlich alles, was unser Universum jemals getan hat, nur mehr Energie verbraucht. Trotz gelegentlicher enthusiastischer Ausbrüche von Supernovae und anderen himmlischen Extravaganzen wird es immer offensichtlicher, dass unser Universum ein bisschen vorankommt.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik (der über die Entropie) verlangt, dass mit der Zeit alles verdirbt – denn alles, was passiert, ist eine Möglichkeit, Energie abzubauen.
Das Universum ist voller Energie und sollte es immer bleiben, aber diese Energie kann nur dann etwas Interessantes bewirken, wenn ein gewisses thermisches Ungleichgewicht besteht. Wenn Sie beispielsweise ein Ei aus dem Kühlschrank nehmen und in kochendes Wasser legen, kocht es. Eine sinnvolle und lohnende Tätigkeit, wenn auch nicht sehr effizient – denn viel Wärme vom Herd geht einfach in die Küche ab und bleibt für das Kochen von Eiern zurück.
Aber wenn Sie andererseits ein bereits gekochtes, bereits erhitztes Ei in das gleiche kochende Wasser fallen lassen ... na, was bringt es? Es wird keine nützliche Arbeit geleistet, es passiert nichts Bemerkenswertes.
Dies ist ungefähr die Idee hinter der Erhöhung der Entropie. Alles, was im Universum von Bedeutung ist, beinhaltet einen Energietransfer, und bei jedem solchen Transfer geht Energie aus diesem System verloren. Wenn man also dem zweiten Hauptsatz bis zu seinem logischen Abschluss folgt, erhält man schließlich ein Universum im thermischen Gleichgewicht mit sich selbst. An diesem Punkt gibt es keine Ungleichgewichtsgradienten mehr, um die Energieübertragung voranzutreiben – oder um Eier zu kochen. Im Grunde wird nie wieder etwas Bemerkenswertes passieren – ein Zustand, der als . bekannt ist Wärmetod .
Es stimmt, dass sich das frühe Universum anfänglich im thermischen Gleichgewicht befand, aber es gab auch viel potentielle Gravitationsenergie. Materie (sowohl helle als auch dunkle) „klumpte“ also zusammen – was zu einem großen thermischen Ungleichgewicht führte – und von dort aus konnten alle möglichen interessanten Dinge passieren. Aber auch die Fähigkeit der Schwerkraft, nützliche Arbeit für das Universum zu leisten, hat ihre Grenzen.
In einem statischen Universum ist der Endpunkt all dieser Verklumpungen eine Ansammlung schwarzer Löcher – die als Objekte in einem Zustand hoher Entropie betrachtet werden, da alles, was sie enthalten, nicht mehr an der Energieübertragung beteiligt ist. Es sitzt einfach da – und abgesehen von einigen Flüstern von Hawking-Strahlung , wird einfach so weitersitzen, bis irgendwann (in a googol oder so Jahre) verdampfen die Schwarzen Löcher.
Der Inhalt eines expandierenden Universums erreicht möglicherweise nie einen Zustand maximaler Entropie, da die Expansion selbst den Wert der maximalen Entropie für dieses Universum erhöht – aber Sie erhalten immer noch nicht viel mehr als eine Ansammlung isolierter und alternder Weißer Zwerge – die schließlich verpuffen aus und verdampfen sich.
Eine Anzahl der Personen, die zur Entropie in unserem Universum beitragen. Supermassive Schwarze Löcher stehen ganz oben auf der Liste. Kredit: Egan und Lineweaver. (Das vollständige Papier enthält einige Vorbehalte und Empfehlungen für weitere Arbeiten zur Verbesserung dieser Schätzungen).
Es ist möglich, die aktuelle Entropie unseres Universums abzuschätzen, indem man seine verschiedenen Komponenten zusammenzählt – die unterschiedliche Entropiedichten aufweisen. Ganz oben auf der Skala befinden sich Schwarze Löcher – und ganz unten leuchtende Sterne. Diese Sterne scheinen lokal zu sein Enthalpie – wo zum Beispiel die Sonne die Erde erwärmt, sodass hier allerhand interessante Dinge passieren können. Aber es ist ein zeitlich begrenzter Prozess, und was die Sonne meistens tut, ist, Energie in den leeren Raum abzustrahlen.
Egan und Lineweaver haben kürzlich die aktuelle Entropie des beobachtbaren Universums neu berechnet – und einen Wert erhalten, der um eine Größenordnung höher ist als frühere Schätzungen (obwohl wir hier von 1×10 . sprechen).104– statt 1×10103). Dies ist größtenteils das Ergebnis der Einbeziehung der Entropie, die von kürzlich erkannten supermassereichen Schwarzen Löchern beigesteuert wird – wobei die Entropie eines Schwarzen Lochs proportional zu seiner Größe ist.
Dies deutet also darauf hin, dass unser Universum auf dem Weg zum Hitzetod etwas weiter fortgeschritten ist, als wir bisher dachten. Genieße es, solange du kannst.
Weiterlesen:Egan, C. A. und Lineweaver, C.H. (2010) Eine größere Schätzung der Entropie des Universums http://arxiv.org/abs/0909.3983
