Все началось так многообещающе. Таким образом, несмотря на случайный всплеск сверхновых и других небесных излишеств, становится все более очевидным, что наша вселенная немного продвигается вперед.
Второй закон термодинамики (закон об энтропии) требует, чтобы все со временем исчезало, поскольку все, что происходит, - это возможность рассеивания энергии.
Вселенная полна энергии и должна всегда оставаться таковой, но эта энергия может сделать что-то интересное только в том случае, если есть степень теплового неравновесия. Например, если вы вынули яйцо из холодильника и бросили его в кипящую воду, оно готовится. Полезное и полезное занятие, даже если и не очень эффективное, поскольку большое количество тепла от печи просто рассеивается на кухню, а не сохраняется для приготовления большего количества яиц.
Но, с другой стороны, если вы бросите уже приготовленное, уже нагретое яйцо в ту же кипящую воду ... ну, какой в этом смысл? Никакой полезной работы не сделано, ничего особенного на самом деле не происходит.
Это примерно идея увеличения энтропии. Все заметное, что происходит во вселенной, включает передачу энергии, и при каждой такой передаче некоторая энергия теряется из этой системы. Итак, следуя второму закону до его логического завершения, вы в конечном итоге получаете вселенную в тепловом равновесии с самим собой. В этот момент не остается градиентов неравновесия, чтобы управлять передачей энергии или готовить яйца. По сути, ничего более заметного никогда не случится снова - состояние, известное как тепловая смерть.
Это правда, что ранняя Вселенная изначально находилась в тепловом равновесии, но также было много потенциальной гравитационной энергии. Таким образом, материя (как светлая, так и темная) «сгустилась», создав много термического дисбаланса, и оттуда могли происходить разные интересные вещи. Но способность гравитации вносить полезную работу во вселенную также имеет свои пределы.
В статической вселенной конечной точкой всего этого скопления является набор черных дыр, которые считаются объектами в состоянии высокой энтропии, поскольку все, что они содержат, больше не участвует в передаче энергии. Он просто сидит там - и, кроме шепота радиации Хокинга, будет просто сидеть там до тех пор, пока в конце концов (в течение года или около того) черные дыры не испарится.
Содержимое расширяющейся вселенной может никогда не достичь состояния максимальной энтропии, так как само расширение увеличивает значение максимальной энтропии для этой вселенной - но вы все равно в конечном итоге получите не намного больше, чем набор изолированных и стареющих белых карликов - которые в конечном итоге исчезают и испариться.
Можно оценить текущую энтропию нашей вселенной, подсчитав ее различные компоненты, которые имеют разные уровни плотности энтропии. В верхней части шкалы находятся черные дыры, а внизу - светящиеся звезды. Эти звезды кажутся локально энтальпическими - например, когда Солнце нагревает Землю, позволяя происходить здесь всяким интересным вещам. Но это ограниченный во времени процесс, и в основном Солнце излучает энергию в пустое пространство.
Egan и Lineweaver недавно пересчитали текущую энтропию наблюдаемой вселенной - и получили значение, которое на порядок выше, чем предыдущие оценки (хотя мы говорим 1 × 10104 - вместо 1 × 10103). Это в значительной степени является результатом включения энтропии, внесенной недавно признанными сверхмассивными черными дырами, где энтропия черной дыры пропорциональна ее размеру.
Таким образом, это говорит о том, что наша вселенная находится чуть дальше по пути к тепловой смерти, чем мы думали ранее. Наслаждайтесь, пока можно.
Дальнейшее чтение: Egan, C.A. и Lineweaver, C.H. (2010) Большая оценка энтропии Вселенной http://arxiv.org/abs/0909.3983
