Kliknete-li na tento obrázek, zobrazí se zvětšený obrázek Mléčné dráhy s 84 miliony hvězd:

Hvězdy se však na celkové entropii pozorovatelného vesmíru podílejí jen nepatrnou částí. Pokud vám jde o náhodnou informaci, hledejte ji jinde!

Předně: co je to vlastně „pozorovatelný vesmír“?

Čím dále se díváte do vesmíru, tím dále se díváte do minulosti. Přes horký plyn z doby 380 000 let po velkém třesku nevidíte. Tato „ohnivá zeď“ vyznačuje hranice pozorovatelného vesmíru.

S rozpínáním vesmíru se však vzdálené dávné hvězdy a plyn, které vidíme, ještě více vzdálily, takže už nejsou pozorovatelné. Takzvaný „pozorovatelný vesmír“ je tedy ve skutečnosti „dříve pozorovatelný vesmír“. Jeho okraj je nyní vzdálen 46,5 miliardy světelných let!“

To platí i přesto, že vesmír je starý pouze 13,8 miliardy let. Standardním úkolem při pochopení obecné teorie relativity je zjistit, jak je to možné, když se nic nemůže pohybovat rychleji než světlo.

Jaký je celkový počet hvězd v pozorovatelném vesmíru? Odhady se zvyšují s tím, jak se zdokonalují teleskopy. Právě teď se lidé domnívají, že v Mléčné dráze je 100 až 400 miliard hvězd. Myslí si, že ve vesmíru je 170 miliard až 2 biliony galaxií.

V roce 2009 odhadli Chas Egan a Charles Lineweaver celkovou entropii všech hvězd v pozorovatelném vesmíru na 1081 bitů. Měli byste si je představit jako qubity: je to množství informace pro popis kvantového stavu všeho ve všech těchto hvězdách.

Ale entropie mezihvězdného a mezigalaktického plynu a prachu je asi desetkrát větší než entropie hvězd! Je to asi 1082 bitů.

Entrofie všech fotonů ve vesmíru je ještě větší! Vesmír je plný záření, které zbylo z velkého třesku. Fotony v pozorovatelném vesmíru, které zbyly z Velkého třesku, mají celkovou entropii asi 1090 bitů. Říká se mu „záření kosmického mikrovlnného pozadí“.

Neutrina z velkého třesku nesou také asi 1090 bitů – o něco méně než fotony. Gravitony nesou mnohem méně, asi 1088 bitů. To proto, že se velmi brzy oddělily od ostatní hmoty a záření a od té doby chladnou. Na druhé straně fotony v záření kosmického mikrovlnného pozadí vznikaly anihilací
párů elektron-pozitron až asi 10 sekund po velkém třesku. Očekává se tedy, že gravitonové záření bude chladnější než záření mikrovlnného pozadí: asi 0,6 kelvinu oproti 2,7 kelvinu.

Černé díry mají nesmírně větší entropii než cokoli dosud uvedeného. Egan a Lineweaver odhadují entropii černých děr o hvězdné hmotnosti v pozorovatelném vesmíru na 1098 bitů. To souvisí s tím, proč jsou černé díry tak stabilní: druhý zákon říká, že entropie ráda roste.

Ale entropie černých děr roste kvadraticky s hmotností! Proto mají černé díry tendenci se slučovat a vytvářet větší černé díry – nakonec vznikají „supermasivní“ černé díry v centrech většiny galaxií. Ty dominují entropii pozorovatelného vesmíru: asi 10104 bitů.

Hawking předpověděl, že černé díry pomalu vyzařují svou hmotnost, pokud jsou v dostatečně chladném prostředí. Vesmír je však příliš horký na to, aby supermasivní černé díry nyní ztrácely hmotu. Místo toho velmi pomalu rostou požíráním kosmického mikrovlnného pozadí, i když nepožírají hvězdy, plyn a prach.

Takže teprve ve vzdálené budoucnosti se vesmír ochladí natolik, že se velké černé díry začnou pomalu rozpadat prostřednictvím Hawkingova záření. Entropie se bude nadále zvyšovat… přecházet hlavně do fotonů a gravitonů! Tento proces bude trvat velmi dlouho. Za předpokladu, že do ní nic nepadá a nezasahují do ní žádné neznámé efekty, trvá černé díře o hmotnosti Slunce vypaření v důsledku Hawkingova záření asi 1067 let – zatímco opravdu velké černé díře, srovnatelné s hmotností galaxie, by to mělo trvat asi 1099 let.

Pokud jsou naše současné nejpopulárnější představy o temné energii správné, vesmír se bude nadále exponenciálně rozpínat. Díky tomu bude kolem každého pozorovatele existovat kosmologický horizont událostí, který bude vyzařovat Hawkingovo záření o teplotě zhruba 10-30 kelvinů.

Podle tohoto scénáře se vesmír ve velmi vzdálené budoucnosti bude skládat především z bezhmotných částic produkovaných jako Hawkingovo záření při této teplotě: fotonů a gravitonů. Entropie v exponenciálně se rozpínající kouli prostoru, kterou je dnes náš „pozorovatelný vesmír“, bude nadále exponenciálně narůstat… ale spíše se bude hustota entropie blížit hustotě plynu fotonů a gravitonů v tepelné rovnováze při teplotě 10-30 kelvinů.

Je ovšem docela pravděpodobné, že se mezitím objeví nějaká nová fyzika, která tento příběh změní! Doufám, že ano: byl by to poněkud nudný konec vesmíru.

Další podrobnosti najdete zde:

– Chas A. Egan a Charles H. Lineweaver, A larger estimate of the entropy of the universe, The Astrophysical Journal 710 (2010), 1825.

Také si přečtěte mou stránku o informacích.

Podívejte se, co se děje ve vesmíru.