Det hela började så lovande. På en gång sprack vårt universum på scenen, men mycket av den första explosionen försvann snabbt till bakgrundsneutriner och fotoner – och sedan dess har nästan allt vårt universum någonsin gjort bara försvunnit mer energi. Så trots enstaka entusiastiska utbrott av supernovor och andra himmelska utsvävningar, blir det alltmer uppenbart att vårt universum håller på att utvecklas lite.
Termodynamikens andra lag (den om entropi) kräver att allt går över tiden – eftersom allt som händer är en möjlighet för energi att försvinna.
Universum är fullt av energi och bör alltid förbli så, men den energin kan bara få något intressant att hända om det finns en grad av termisk ojämvikt. Om du till exempel tar ut ett ägg ur kylskåpet och tappar det i kokande vatten så kokar det. En användbar och givande aktivitet, även om den inte är särskilt effektiv – eftersom mycket värme från spisen bara försvinner ut i köket, istället för att behållas för tillagning av fler ägg.
Men å andra sidan, om du tappar ett redan kokt, redan upphettat ägg i samma kokande vatten ... ja, vad är poängen? Inget användbart arbete görs, ingenting av anmärkningsvärt händer verkligen.
Detta är ungefär tanken bakom ökande entropi. Allt anmärkningsvärt som händer i universum involverar en överföring av energi och vid varje sådan överföring går en del energi förlorad från det systemet. Så, efter den andra lagen till dess logiska slutsats, hamnar du så småningom med ett universum i termisk jämvikt med sig själv. Vid den tidpunkten finns det inga ojämviktsgradienter kvar för att driva energiöverföring – eller för att koka ägg. I grund och botten kommer inget annat anmärkningsvärt att hända igen – ett tillstånd som kallas värmedöd .
Det är sant att det tidiga universum ursprungligen var i termisk jämvikt, men det fanns också massor av gravitationell potentiell energi. Så materia (både ljus och mörk) 'klumpade sig' - skapade massor av termisk ojämvikt - och därifrån kunde alla möjliga intressanta saker hända. Men gravitationens förmåga att bidra med användbart arbete till universum har också sina gränser.
I ett statiskt universum är slutpunkten för all denna sammanhopning en samling svarta hål – som anses vara föremål i ett tillstånd av hög entropi, eftersom vad de än innehåller inte längre engagerar sig i energiöverföring. Den bara sitter där – och förutom några viskningar om Hawking-strålning , kommer bara att sitta där tills slutligen (om en googol eller så år) de svarta hålen avdunstar.
Innehållet i ett expanderande universum kanske aldrig uppnår ett tillstånd av maximal entropi eftersom expansionen i sig ökar värdet av maximal entropi för det universum – men du slutar ändå med inte mycket mer än en samling isolerade och åldrande vita dvärgar – som så småningom susar ut och förånga sig själva.
Ett antal personer som bidragit till entropin i vårt universum. Supermassiva svarta hål toppar listan. Kredit: Egan och Lineweaver. (Det fullständiga dokumentet noterar några varningar och rekommendationer för fortsatt arbete för att förbättra dessa uppskattningar).
Det är möjligt att uppskatta den nuvarande entropin i vårt universum genom att räkna ihop dess olika komponenter - som har olika nivåer av entropitäthet. Överst på skalan finns svarta hål – och längst ner lysande stjärnor. Dessa stjärnor verkar vara lokalt entalpisk – där solen till exempel värmer jorden så att alla möjliga intressanta saker kan hända här. Men det är en tidsbegränsad process och vad solen mest gör är att stråla bort energi till det tomma utrymmet.
Egan och Lineweaver har nyligen räknat om den aktuella entropin i det observerbara universum – och fått ett värde som är en storleksordning högre än tidigare uppskattningar (även om vi pratar 1×10104– istället för 1×10103). Detta är till stor del resultatet av att införliva entropin från nyligen erkända supermassiva svarta hål – där entropin hos ett svart hål är proportionell mot dess storlek.
Så detta tyder på att vårt universum är lite längre ner på vägen mot värmedöd än vi tidigare trott. Njut av det medan du kan.
Vidare läsning:Egan, C.A. och Lineweaver, C.H. (2010) En större uppskattning av universums entropi http://arxiv.org/abs/0909.3983