Tutto è iniziato così pieno di promesse. All'improvviso, il nostro universo è esploso sulla scena, ma gran parte di quella esplosione iniziale si è rapidamente dissipata in neutrini e fotoni di fondo - e da allora, praticamente tutto ciò che il nostro universo ha mai fatto ha semplicemente dissipato più energia. Quindi, nonostante l'occasionale scoppio di entusiasmo di supernovae e altre stravaganze celesti, sta diventando sempre più evidente che il nostro universo sta andando un po' avanti.
La seconda legge della termodinamica (quella dell'entropia) richiede che tutto vada a rotoli nel tempo, poiché tutto ciò che accade è un'opportunità per dissipare l'energia.
L'universo è pieno di energia e dovrebbe rimanere sempre tale, ma quell'energia può far accadere qualcosa di interessante solo se c'è un certo grado di squilibrio termico. Ad esempio, se prendi un uovo dal frigorifero e lo immergi nell'acqua bollente, cuoce. Un'attività utile e utile, anche se non molto efficiente, poiché molto calore della stufa si disperde semplicemente in cucina, anziché essere trattenuto per la cottura di più uova.
Ma, d'altra parte, se fai cadere un uovo già cotto, già riscaldato nella stessa acqua bollente... beh, che senso ha? Non viene svolto alcun lavoro utile, non accade davvero nulla di rilevante.
Questa è più o meno l'idea alla base dell'aumento dell'entropia. Tutto ciò che accade nell'universo implica un trasferimento di energia e ad ogni trasferimento di questo tipo si perde energia da quel sistema. Quindi, seguendo la seconda legge fino alla sua logica conclusione, alla fine ti ritroverai con un universo in equilibrio termico con se stesso. A quel punto, non rimangono più gradienti di squilibrio per guidare il trasferimento di energia o per cuocere le uova. In sostanza, non accadrà mai più nient'altro degno di nota – uno stato noto come morte per calore .
È vero che l'universo primordiale era inizialmente in equilibrio termico, ma c'era anche molta energia potenziale gravitazionale. Quindi, la materia (sia chiara che oscura) si 'ammassava' - creando molti squilibri termici - e da lì potevano accadere ogni sorta di cose interessanti. Ma anche la capacità della gravità di fornire un lavoro utile all'universo ha i suoi limiti.
In un universo statico il punto finale di tutto questo agglomerato è un insieme di buchi neri – considerati oggetti in uno stato di alta entropia, poiché qualunque cosa contengano non è più coinvolta nel trasferimento di energia. Si trova lì e, a parte alcuni sussurri di Radiazione di Hawking , continuerà a stare lì fino alla fine (in a googol circa anni) i buchi neri evaporano.
Il contenuto di un universo in espansione potrebbe non raggiungere mai uno stato di massima entropia poiché l'espansione stessa aumenta il valore dell'entropia massima per quell'universo - ma finisci comunque con non molto più di una raccolta di nane bianche isolate e invecchiate - che alla fine svaniscono fuori ed evaporare.
Un conteggio dei contribuenti all'entropia nel nostro universo. I buchi neri supermassicci sono in cima alla lista. Credito: Egan e Lineweaver. (Il documento completo rileva alcuni avvertimenti e raccomandazioni per ulteriori lavori per migliorare queste stime).
È possibile stimare l'attuale entropia del nostro universo calcolando i suoi vari componenti, che hanno diversi livelli di densità di entropia. In cima alla scala ci sono i buchi neri e in fondo ci sono le stelle luminose. Queste stelle sembrano essere localmente entalpico – dove, per esempio, il Sole riscalda la Terra permettendo che qui accadano ogni sorta di cose interessanti. Ma è un processo limitato nel tempo e ciò che il Sole fa principalmente è irradiare energia nello spazio vuoto.
Egan e Lineweaver hanno recentemente ricalcolato l'attuale entropia dell'universo osservabile – e hanno guadagnato un valore che è un ordine di grandezza superiore alle stime precedenti (anche se stiamo parlando di 1×10104– invece di 1×10103). Questo è in gran parte il risultato dell'incorporazione dell'entropia fornita dai buchi neri supermassicci recentemente riconosciuti, in cui l'entropia di un buco nero è proporzionale alla sua dimensione.
Quindi questo suggerisce che il nostro universo è un po' più in là verso la morte per calore di quanto pensassimo in precedenza. Goditelo finché puoi.
Ulteriori letture:Egan, C.A. e Lineweaver, C.H. (2010) Una stima più ampia dell'entropia dell'universo http://arxiv.org/abs/0909.3983