Klikkaamalla tätä kuvaa näet zoomattavan kuvan Linnunradasta, jossa on 84 miljoonaa tähteä:

Tähtien osuus havaittavan maailmankaikkeuden kokonaisentropiasta on kuitenkin vain pieni osa. Jos haluatte satunnaista tietoa, etsikää muualta!

Aluksi: mitä ”havaittavissa oleva maailmankaikkeus” tarkalleen ottaen on?

Mitä kauemmas maailmankaikkeuteen katsotaan, sitä kauemmas ajassa taaksepäin katsotaan. Et voi nähdä kuuman kaasun läpi 380 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Tuo ’tuliseinä’ merkitsee havaittavan maailmankaikkeuden rajoja.

Mutta maailmankaikkeuden laajentuessa kaukaiset muinaiset tähdet ja kaasu, jotka näemme, ovat siirtyneet entistä kauemmas, joten niitä ei voi enää havaita. Niinpä niin sanottu ”havaittava maailmankaikkeus” on todellisuudessa ”aiemmin havaittava maailmankaikkeus”. Sen reuna on nyt 46,5 miljardin valovuoden päässä!

Tämä on totta, vaikka maailmankaikkeus on vain 13,8 miljardia vuotta vanha. Yleisen suhteellisuusteorian ymmärtämisen vakiohaasteena on selvittää, miten tämä on mahdollista, kun otetaan huomioon, että mikään ei voi liikkua valoa nopeammin.

Mikä on havaittavan maailmankaikkeuden tähtien kokonaismäärä? Arviot nousevat sitä mukaa kun teleskoopit paranevat. Tällä hetkellä ihmiset uskovat, että Linnunradassa on 100-400 miljardia tähteä. He uskovat, että maailmankaikkeudessa on 170 miljardista 2 biljoonaan galaksia.

Vuonna 2009 Chas Egan ja Charles Lineweaver arvioivat kaikkien havaittavissa olevan maailmankaikkeuden tähtien kokonaisentropian olevan 1081 bittiä. Kannattaa ajatella näitä qubitteina: se on informaatiomäärä, jolla voidaan kuvata kaiken kvanttitila kaikissa näissä tähdissä.

Mutta tähtien välisen ja galaksien välisen kaasun ja pölyn entropia on noin kymmenen kertaa suurempi kuin tähtien entropia! Se on noin 1082 bittiä.

Kaiken maailmankaikkeuden fotonien entropia on vielä enemmän! Maailmankaikkeus on täynnä alkuräjähdyksestä jäänyttä säteilyä. Alkuräjähdyksestä jäljelle jääneiden fotonien kokonaisentropia havaittavassa maailmankaikkeudessa on noin 1090 bittiä. Sitä kutsutaan ”kosmiseksi mikroaaltotaustasäteilyksi”.

Myös alkuräjähdyksestä peräisin olevissa neutriinoissa on noin 1090 bittiä – hieman vähemmän kuin fotoneissa. Gravitonit kantavat paljon vähemmän, noin 1088 bittiä. Tämä johtuu siitä, että ne irtautuivat muusta aineesta ja säteilystä hyvin varhain, ja ovat siitä lähtien jäähtyneet. Toisaalta kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn fotonit muodostuivat annihiloituvien
elektroni-positroni -parien avulla noin 10 sekuntia alkuräjähdyksen jälkeen. Näin ollen gravitonisäteilyn odotetaan olevan viileämpää kuin mikroaaltotaustasäteilyn: noin 0,6 kelviniä verrattuna 2,7 kelviniin.

Mustissa aukoissa on valtavasti enemmän entropiaa kuin missään tähän mennessä luetellussa. Egan ja Lineweaver arvioivat havaittavassa maailmankaikkeudessa olevien tähtimassaisten mustien aukkojen entropian olevan 1098 bittiä. Tämä liittyy siihen, miksi mustat aukot ovat niin stabiileja: toisen lain mukaan entropia tykkää kasvaa.

Mutta mustien aukkojen entropia kasvaa neliöllisesti massan mukana! Niinpä mustilla aukoilla on taipumus sulautua yhteen ja muodostaa suurempia mustia aukkoja – muodostaen lopulta ”supermassiiviset” mustat aukot useimpien galaksien keskuksissa. Nämä hallitsevat havaittavan maailmankaikkeuden entropiaa: noin 10104 bittiä.

Hawking ennusti, että mustat aukot säteilevät hitaasti massansa pois, kun ne ovat tarpeeksi kylmässä ympäristössä. Mutta maailmankaikkeus on aivan liian kuuma, jotta supermassiiviset mustat aukot menettäisivät massaa nyt. Sen sijaan ne kasvavat hyvin hitaasti syömällä kosmista mikroaaltotaustaa, silloinkin kun ne eivät syö tähtiä, kaasua ja pölyä.

Siten vasta kaukaisessa tulevaisuudessa maailmankaikkeus jäähtyy tarpeeksi, jotta suuret mustat aukot alkavat hitaasti hajota Hawkingin säteilyn avulla. Entropia jatkaa kasvuaan… menemällä pääasiassa fotoneiksi ja gravitoneiksi! Tämä prosessi kestää hyvin kauan. Jos oletetaan, että mikään ei putoa sinne eikä mitään tuntemattomia vaikutuksia esiinny, Auringon massaisen mustan aukon haihtuminen Hawkingin säteilyn vaikutuksesta kestää noin 1067 vuotta – kun taas todella suurella, galaksin massaan verrattavalla mustalla aukolla kestää noin 1099 vuotta.

Jos nykyiset suosituimmat käsityksemme pimeästä energiasta pitävät paikkansa, maailmankaikkeus laajenee jatkossakin eksponentiaalisesti. Tämän ansiosta jokaisen havaitsijan ympärille syntyy kosmologinen tapahtumahorisontti, joka säteilee Hawkingin säteilyä noin 10-30 kelvinin lämpötilassa.

Tässä skenaariossa maailmankaikkeus koostuu hyvin kaukaisessa tulevaisuudessa pääasiassa massattomista hiukkasista, jotka syntyvät Hawkingin säteilynä tässä lämpötilassa: fotoneista ja gravitoneista. Entropia eksponentiaalisesti laajenevassa avaruuspallossa, joka on nykyisin ”havaittavissa oleva maailmankaikkeutemme”, kasvaa edelleen eksponentiaalisesti… mutta tarkemmin sanottuna entropian tiheys lähestyy fotonien ja gravitonien kaasua, joka on termisessä tasapainossa 10-30 kelvinin lämpötilassa.

On tietysti hyvin todennäköistä, että tässä välissä ilmaantuu jotakin uutta fysiikkaa, joka muuttaa tarinan! Toivottavasti näin käy: tämä olisi melko tylsä loppu maailmankaikkeudelle.

Lue lisää täältä:

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

Lue myös sivuni informaatiosta.