Si haces clic en esta imagen, verás una imagen ampliable de la Vía Láctea con 84 millones de estrellas:

Pero las estrellas sólo contribuyen a una pequeña fracción de la entropía total del Universo observable. Si lo que quieres es información aleatoria, ¡busca en otra parte!

Primero: ¿qué es el ‘Universo observable’, exactamente?

Cuanto más lejos mires en el Universo, más atrás estarás en el tiempo. No se puede ver a través del gas caliente de 380.000 años después del Big Bang. Ese «muro de fuego» marca los límites del Universo observable.

Pero a medida que el Universo se expande, las lejanas y antiguas estrellas y el gas que vemos se han alejado aún más, por lo que ya no son observables. Así, el llamado «Universo observable» es en realidad el «Universo anteriormente observable». Su borde está ahora a 46.500 millones de años luz!

Esto es cierto aunque el Universo sólo tenga 13.800 millones de años. Un reto estándar en la comprensión de la relatividad general es averiguar cómo es esto posible, dado que nada puede moverse más rápido que la luz.

¿Cuál es el número total de estrellas en el Universo observable? Las estimaciones aumentan a medida que los telescopios mejoran. Ahora mismo se piensa que hay entre 100 y 400 mil millones de estrellas en la Vía Láctea. Creen que hay entre 170 mil millones y 2 billones de galaxias en el Universo.

En 2009, Chas Egan y Charles Lineweaver estimaron la entropía total de todas las estrellas del Universo observable en 1081 bits. ¡Deberías pensar en esto como qubits: es la cantidad de información para describir el estado cuántico de todo en todas estas estrellas.

Pero la entropía del gas y el polvo interestelar e intergaláctico es unas diez veces más que la entropía de las estrellas! Es de unos 1082 bits.

¡La entropía en todos los fotones del Universo es aún mayor! El Universo está lleno de radiación sobrante del Big Bang. Los fotones del Universo observable sobrantes del Big Bang tienen una entropía total de unos 1090 bits. Se llama «radiación cósmica de fondo de microondas».

Los neutrinos del Big Bang también tienen unos 1090 bits, un poco menos que los fotones. Los gravitones llevan mucho menos, unos 1088 bits. Eso se debe a que se desacoplaron del resto de la materia y la radiación muy pronto, y se han ido enfriando desde entonces. Por otro lado, los fotones de la radiación cósmica de fondo de microondas se formaron aniquilando pares
electrón-positrón hasta unos 10 segundos después del Big Bang. Por tanto, se espera que la radiación de gravitones sea más fría que la radiación de fondo de microondas: unos 0,6 kelvin frente a 2,7 kelvin.

Los agujeros negros tienen una entropía inmensamente mayor que todo lo enumerado hasta ahora. Egan y Lineweaver estiman la entropía de los agujeros negros de masa estelar en el Universo observable en 1098 bits. Esto está relacionado con la razón por la que los agujeros negros son tan estables: la Segunda Ley dice que a la entropía le gusta aumentar.

¡Pero la entropía de los agujeros negros crece cuadráticamente con la masa! Así que los agujeros negros tienden a fusionarse y a formar agujeros negros más grandes, formando finalmente los agujeros negros «supermasivos» en el centro de la mayoría de las galaxias. Estos dominan la entropía del Universo observable: unos 10104 bits.

Hawking predijo que los agujeros negros irradian lentamente su masa cuando se encuentran en un entorno suficientemente frío. Pero el Universo es demasiado caliente para que los agujeros negros supermasivos pierdan masa ahora. En cambio, crecen muy lentamente comiendo el fondo cósmico de microondas, incluso cuando no están comiendo estrellas, gas y polvo.

Así que, sólo en un futuro lejano el Universo se enfriará lo suficiente como para que los grandes agujeros negros empiecen a decaer lentamente a través de la radiación de Hawking. La entropía continuará aumentando… ¡yendo principalmente hacia los fotones y los gravitones! Este proceso llevará mucho tiempo. Suponiendo que no caiga nada en él y que no intervengan efectos desconocidos, un agujero negro de masa solar tarda unos 1067 años en evaporarse debido a la radiación Hawking, mientras que uno realmente grande, comparable a la masa de una galaxia, debería tardar unos 1099 años.

Si nuestras ideas actuales más populares sobre la energía oscura son correctas, el Universo seguirá expandiéndose exponencialmente. Gracias a ello, habrá un horizonte de sucesos cosmológico rodeando a cada observador, que irradiará radiación Hawking a una temperatura de aproximadamente 10-30 kelvin.

En este escenario, el Universo en un futuro muy lejano estará formado principalmente por partículas sin masa producidas como radiación Hawking a esta temperatura: fotones y gravitones. La entropía dentro de la bola de espacio en expansión exponencial que es hoy nuestro «Universo observable» continuará aumentando exponencialmente… pero más aún, la densidad de entropía se acercará a la de un gas de fotones y gravitones en equilibrio térmico a 10-30 kelvin.

¡Por supuesto, es muy probable que aparezca alguna física nueva, de aquí a entonces, que cambie la historia! Espero que así sea: este sería un final bastante aburrido para el Universo.

Para más detalles, vaya aquí:

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

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