Tất cả bắt đầu đầy hứa hẹn. Vì vậy, mặc dù thỉnh thoảng có sự bùng nổ nhiệt tình của siêu tân tinh và các thiên thể khác, nhưng nó lại ngày càng trở nên rõ ràng rằng vũ trụ của chúng ta đang tiến lên một chút.
Định luật thứ hai của nhiệt động lực học (luật về entropy) yêu cầu mọi thứ phải đi theo thời gian - vì bất cứ điều gì xảy ra là cơ hội để năng lượng bị tiêu tan.
Vũ trụ đầy năng lượng và phải luôn luôn như vậy, nhưng năng lượng đó chỉ có thể khiến điều gì đó thú vị xảy ra nếu có một mức độ mất cân bằng nhiệt. Ví dụ, nếu bạn lấy một quả trứng ra khỏi tủ lạnh và thả nó vào nước sôi, nó sẽ nấu chín. Một hoạt động hữu ích và đáng giá, ngay cả khi không phải là một hoạt động rất hiệu quả - vì rất nhiều nhiệt từ bếp chỉ tiêu tan vào bếp, thay vì được giữ lại để nấu thêm trứng.
Nhưng mặt khác, nếu bạn thả một quả trứng đã được nấu chín, đã được đun nóng vào cùng một nước sôi, thì điểm gì? Không có công việc hữu ích được thực hiện, không có gì đáng chú ý thực sự xảy ra.
Đây là đại khái cho ý tưởng đằng sau việc tăng entropy. Tất cả mọi thứ lưu ý xảy ra trong vũ trụ đều liên quan đến việc truyền năng lượng và tại mỗi lần chuyển như vậy, một phần năng lượng bị mất khỏi hệ thống đó. Vì vậy, theo định luật thứ hai để đưa ra kết luận hợp lý, cuối cùng bạn sẽ có một vũ trụ ở trạng thái cân bằng nhiệt với chính nó. Tại thời điểm đó, không còn độ dốc cân bằng còn lại để thúc đẩy truyền năng lượng - hoặc để nấu trứng. Về cơ bản, không có gì đáng chú ý sẽ lại xảy ra - một trạng thái được gọi là cái chết nhiệt.
Điều đó đúng là vũ trụ ban đầu ban đầu ở trạng thái cân bằng nhiệt, nhưng cũng có rất nhiều năng lượng hấp dẫn. Vì vậy, vật chất (cả sáng và tối) ’bị vón cục - tạo ra nhiều sự mất cân bằng nhiệt - và từ đó tất cả những điều thú vị đã có thể xảy ra. Nhưng trọng lực có khả năng đóng góp công việc hữu ích cho vũ trụ cũng có giới hạn của nó.
Trong vũ trụ tĩnh, điểm cuối của tất cả sự đóng cục này là một tập hợp các lỗ đen - được coi là các vật thể ở trạng thái entropy cao, vì bất cứ thứ gì chúng chứa không còn tham gia vào việc truyền năng lượng. Nó chỉ ngồi ở đó - và, ngoài một số tiếng thì thầm của bức xạ Hawking, sẽ chỉ ngồi đó cho đến khi cuối cùng (trong một googol hoặc lâu hơn) những lỗ đen bốc hơi.
Nội dung của vũ trụ giãn nở có thể không bao giờ đạt được trạng thái entropy tối đa vì bản thân sự giãn nở làm tăng giá trị của entropy tối đa cho vũ trụ đó - nhưng bạn vẫn kết thúc với không nhiều hơn một bộ sao lùn trắng bị cô lập và già cỗi - cuối cùng bị xì hơi ra ngoài và bốc hơi
Nó có thể ước tính entropy hiện tại của vũ trụ của chúng ta bằng cách kiểm tra các thành phần khác nhau của nó - có mật độ entropy khác nhau. Ở trên cùng của thang đo là các lỗ đen - và ở phía dưới là các ngôi sao phát sáng. Những ngôi sao này dường như bị mê hoặc cục bộ - ví dụ, Mặt trời làm Trái đất nóng lên cho phép tất cả các loại điều thú vị xảy ra ở đây. Nhưng đó là một quá trình giới hạn thời gian và những gì Mặt trời chủ yếu làm là tỏa năng lượng vào không gian trống.
Egan và Lineweaver gần đây đã tính lại entropy hiện tại của vũ trụ quan sát được - và đã đạt được giá trị cao hơn so với ước tính trước đó (mặc dù chúng ta đang nói 1 × 10104 - thay vì 1 × 10103). Điều này phần lớn là kết quả của việc kết hợp entropy được đóng góp bởi các lỗ đen siêu lớn được công nhận gần đây - nơi mà entropy của lỗ đen tỷ lệ thuận với kích thước của nó.
Vì vậy, điều này cho thấy vũ trụ của chúng ta ở xa hơn một chút theo dõi về cái chết nhiệt hơn chúng ta đã nghĩ trước đây. Hãy tận hưởng nó trong khi bạn có thể.
Đọc thêm: Egan, C.A. và Lineweaver, C.H. (2010) Ước tính lớn hơn về Entropy của vũ trụ http://arxiv.org/abs/0909.3983
