Astronomi utan teleskop - vårt åldrande universum

Pin
Send
Share
Send

Det hela började så fullt av löfte. Så trots det enstaka entusiastiska utbrottet av supernovaer och andra himmelska extravaganser, blir det allt tydligare att vårt universum tar på sig lite.

Den andra lagen om termodynamik (den om entropi) kräver att allt går till potten över tid - eftersom allt som händer är en möjlighet för energi att spridas.

Universum är fullt av energi och borde alltid förbli så, men den energin kan bara få något intressant att hända om det finns en viss termisk ojämlikhet. Om du till exempel tar ett ägg ur kylen och tappar det i kokande vatten, kokar det. En användbar och värdefull aktivitet, även om det inte är särskilt effektivt - eftersom mycket värme från kaminen bara sprids ut i köket, snarare än att behållas för att laga mer ägg.

Men å andra sidan, om du tappar ett redan kokt, redan uppvärmt ägg i samma kokande vatten ... ja, vad är då poängen? Inget användbart arbete görs, inget av anteckningen händer verkligen.

Detta är ungefär idén bakom ökande entropi. Allt av noter som händer i universum innebär en överföring av energi och vid varje sådan överföring förloras en del energi 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 ojämnhetsgradienter kvar för att driva energiöverföring - eller för att laga ägg. I huvudsak kommer inget annat att notera någonsin hända igen - ett tillstånd som kallas värmedöd.

Det är sant att det tidiga universum ursprungligen befann sig i termisk jämvikt, men det fanns också massor av tyngdkraftspotentialenergi. Så, materia (både ljust och mörkt) 'klumpat' - vilket skapade massor av termisk jämviktsförmåga - 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 klumpning en samling svarta hål - anses vara föremål i ett tillstånd av hög entropi, eftersom allt de innehåller inte längre driver energiöverföring. Den sitter bara där - och bortsett från vissa viskningar av Hawking-strålning, kommer den bara att sitta där tills så småningom (i ett googol eller så många år) försvinner de svarta hålen.

Innehållet i ett expanderande universum kan aldrig uppnå ett tillstånd av maximal entropi eftersom själva expansionen ökar värdet på maximal entropi för det universum - men du slutar fortfarande med inte mycket mer än en samling isolerade och åldrande vita dvärgar - som så småningom fizzle ut och förångas själva.

Det är möjligt att uppskatta den nuvarande entropin i vårt universum genom att sammanfatta dess olika komponenter - som har olika nivåer av entropidensitet. Längst upp på skalan finns svarta hål - och längst ner är lysande stjärnor. Dessa stjärnor verkar vara lokalt entalpiska - där solen till exempel värmer upp 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 in i tomt utrymme.

Egan och Lineweaver har nyligen beräknat den nuvarande entropin för det observerbara universum - och fått ett värde som är en ordningsstorlek högre än tidigare uppskattningar (om än vi talar 1 × 10104 - istället för 1 × 10103). Detta är till stor del resultatet av att integrera entropin bidragit med nyligen erkända supermassiva svarta hål - där entropin för ett svart hål är proportionell mot dess storlek.

Så detta antyder att vårt universum är lite längre ner på spåret mot värmedöd än vi tidigare hade trott. Njut av det medan du kan.

Vidare läsning: Egan, C.A. och Lineweaver, C.H. (2010) Ett större uppskattning av universums entropi http://arxiv.org/abs/0909.3983

Pin
Send
Share
Send