Alles begann so vielversprechend. Trotz des gelegentlichen enthusiastischen Ausbruchs von Supernovae und anderen himmlischen Extravaganzen wird immer deutlicher, dass unser Universum ein wenig voranschreitet.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik (der über Entropie) verlangt, dass alles im Laufe der Zeit in den Topf geht - denn alles, was passiert, ist eine Gelegenheit, Energie abzuleiten.
Das Universum ist voller Energie und sollte es immer bleiben, aber diese Energie kann nur dann etwas Interessantes bewirken, wenn ein gewisses Maß an thermischem Ungleichgewicht besteht. Wenn Sie beispielsweise ein Ei aus dem Kühlschrank nehmen und in kochendes Wasser fallen lassen, kocht es. Eine nützliche und lohnende Aktivität, wenn auch keine sehr effiziente - da viel Wärme vom Herd nur in die Küche abgeführt wird, anstatt zum Kochen von mehr Eiern zurückgehalten zu werden.
Aber auf der anderen Seite, wenn Sie ein bereits gekochtes, bereits erhitztes Ei in dasselbe kochende Wasser fallen lassen ... nun, worum geht es? Es wird keine nützliche Arbeit geleistet, nichts Besonderes passiert wirklich.
Dies ist ungefähr die Idee hinter der zunehmenden Entropie. Alles, was im Universum passiert, beinhaltet eine Energieübertragung, und bei jeder solchen Übertragung geht etwas Energie aus diesem System verloren. Wenn Sie also dem zweiten Gesetz zu seiner logischen Schlussfolgerung folgen, erhalten Sie schließlich ein Universum im thermischen Gleichgewicht mit sich selbst. Zu diesem Zeitpunkt gibt es keine Ungleichgewichtsgradienten mehr, um die Energieübertragung voranzutreiben - oder Eier zu kochen. Im Grunde wird nie wieder etwas Besonderes passieren - ein Zustand, der als Hitzetod bekannt ist.
Es ist wahr, dass sich das frühe Universum ursprünglich im thermischen Gleichgewicht befand, aber es gab auch viel potentielle Gravitationsenergie. Materie (sowohl hell als auch dunkel) „verklumpte“ - was zu einem großen thermischen Ungleichgewicht führte - und von dort aus konnten alle möglichen interessanten Dinge passieren. Die Fähigkeit der Schwerkraft, nützliche Arbeit zum Universum beizutragen, hat jedoch auch ihre Grenzen.
In einem statischen Universum ist der Endpunkt all dieser Verklumpungen eine Ansammlung von Schwarzen Löchern - 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 wird, abgesehen von einigem Flüstern der Hawking-Strahlung, einfach dort sitzen bleiben, bis schließlich (in einem Googol oder so Jahren) die schwarzen Löcher verdunsten.
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 haben immer noch nicht viel mehr als eine Sammlung isolierter und alternder weißer Zwerge - die schließlich zischen raus und verdampfen sich.
Es ist möglich, die aktuelle Entropie unseres Universums abzuschätzen, indem man die verschiedenen Komponenten zusammenzählt, die unterschiedliche Entropiedichten aufweisen. Am oberen Rand der Skala befinden sich schwarze Löcher - und am unteren Rand leuchtende Sterne. Diese Sterne scheinen lokal enthalpisch zu sein - wo zum Beispiel die Sonne die Erde erwärmt, so dass hier alle möglichen interessanten Dinge passieren können. Aber es ist ein zeitlich begrenzter Prozess und die Sonne strahlt meistens Energie in den leeren Raum ab.
Egan und Lineweaver haben kürzlich die aktuelle Entropie des beobachtbaren Universums neu berechnet - und einen Wert gewonnen, der um eine Größenordnung höher ist als frühere Schätzungen (obwohl es sich um 1 × 10 handelt104 - statt 1 × 10103). Dies ist größtenteils das Ergebnis der Einbeziehung der Entropie, die von kürzlich erkannten supermassiven Schwarzen Löchern beigesteuert wurde - wobei die Entropie eines Schwarzen Lochs proportional zu seiner Größe ist.
Dies deutet darauf hin, dass unser Universum etwas weiter auf dem Weg zum Hitzetod ist, als wir bisher gedacht hatten. Genieße es, solange du kannst.
Weiterführende Literatur: Egan, C.A. und Lineweaver, C.H. (2010) Eine größere Schätzung der Entropie des Universums http://arxiv.org/abs/0909.3983
