Se clicchi su questa foto, vedrai un’immagine zoomabile della Via Lattea con 84 milioni di stelle:

Ma le stelle contribuiscono solo una piccola frazione dell’entropia totale dell’Universo osservabile. Se è l’informazione casuale che vuoi, cerca altrove!

Primo: cos’è l'”Universo osservabile”, esattamente?

Più lontano guardi nell’Universo, più indietro nel tempo guardi. Non puoi vedere attraverso il gas caldo di 380.000 anni dopo il Big Bang. Quel ‘muro di fuoco’ segna i limiti dell’Universo osservabile.

Ma man mano che l’Universo si espande, le antiche stelle e i gas lontani che vediamo si sono spostati ancora più lontano, quindi non sono più osservabili. Così, il cosiddetto “Universo osservabile” è in realtà l'”Universo precedentemente osservabile”. Il suo bordo si trova ora a 46,5 miliardi di anni luce!

Questo è vero anche se l’Universo ha solo 13,8 miliardi di anni. Una sfida standard nella comprensione della relatività generale è capire come questo sia possibile, dato che nulla può muoversi più velocemente della luce.

Qual è il numero totale di stelle nell’Universo osservabile? Le stime salgono man mano che i telescopi migliorano. In questo momento si pensa che ci siano tra i 100 e i 400 miliardi di stelle nella Via Lattea. Pensano che ci siano tra 170 miliardi e 2 trilioni di galassie nell’Universo.

Nel 2009, Chas Egan e Charles Lineweaver hanno stimato l’entropia totale di tutte le stelle nell’Universo osservabile a 1081 bit. Dovreste pensare a questi come a dei qubit: è la quantità di informazioni per descrivere lo stato quantico di tutto in tutte queste stelle.

Ma l’entropia del gas e della polvere interstellare e intergalattica è circa dieci volte di più dell’entropia delle stelle! È circa 1082 bit.

L’entropia in tutti i fotoni dell’Universo è ancora di più! L’Universo è pieno di radiazioni rimaste dal Big Bang. I fotoni nell’Universo osservabile rimasti dal Big Bang hanno un’entropia totale di circa 1090 bit. Si chiama ‘radiazione cosmica di fondo a microonde’.

Anche i neutrini del Big Bang portano circa 1090 bit – un po’ meno dei fotoni. I gravitoni portano molto meno, circa 1088 bit. Questo perché si sono disaccoppiati da altra materia e radiazione molto presto, e da allora si sono raffreddati. D’altra parte, i fotoni nella radiazione cosmica di fondo a microonde si sono formati annichilando
coppie elettrone-positrone fino a circa 10 secondi dopo il Big Bang. Quindi ci si aspetta che la radiazione dei gravitoni sia più fredda della radiazione di fondo a microonde: circa 0,6 kelvin rispetto a 2,7 kelvin.

I buchi neri hanno un’entropia immensamente maggiore di qualsiasi cosa elencata finora. Egan e Lineweaver stimano l’entropia dei buchi neri di massa stellare nell’Universo osservabile a 1098 bit. Questo è collegato al perché i buchi neri sono così stabili: la Seconda Legge dice che all’entropia piace aumentare.

Ma l’entropia dei buchi neri cresce quadraticamente con la massa! Così i buchi neri tendono a fondersi e a formare buchi neri più grandi – formando alla fine i buchi neri “supermassicci” al centro della maggior parte delle galassie. Questi dominano l’entropia dell’Universo osservabile: circa 10104 bit.

Hawking ha previsto che i buchi neri irradiano lentamente la loro massa quando sono in un ambiente abbastanza freddo. Ma l’Universo è troppo caldo perché i buchi neri supermassicci possano perdere massa ora. Invece, crescono molto lentamente mangiando il fondo cosmico a microonde, anche quando non stanno mangiando stelle, gas e polvere.

Quindi, solo in un lontano futuro l’Universo si raffredderà abbastanza da permettere ai grandi buchi neri di iniziare a decadere lentamente attraverso la radiazione di Hawking. L’entropia continuerà ad aumentare… andando principalmente in fotoni e gravitoni! Questo processo richiederà un tempo molto lungo. Supponendo che nulla vi cada dentro e che non intervengano effetti sconosciuti, un buco nero di massa solare impiega circa 1067 anni per evaporare a causa della radiazione di Hawking – mentre uno veramente grande, paragonabile alla massa di una galassia, dovrebbe impiegare circa 1099 anni.

Se le nostre attuali idee più popolari sull’energia oscura sono corrette, l’Universo continuerà ad espandersi esponenzialmente. Grazie a questo, ci sarà un orizzonte degli eventi cosmologici che circonderà ogni osservatore, che irradierà radiazione di Hawking ad una temperatura di circa 10-30 kelvin.

In questo scenario l’Universo in un futuro molto lontano sarà composto principalmente da particelle senza massa prodotte come radiazione di Hawking a questa temperatura: fotoni e gravitoni. L’entropia all’interno della palla di spazio in espansione esponenziale che è oggi il nostro ‘Universo osservabile’ continuerà ad aumentare esponenzialmente… ma più precisamente, la densità di entropia si avvicinerà a quella di un gas di fotoni e gravitoni in equilibrio termico a 10-30 kelvin.

Ovviamente, è molto probabile che da qui ad allora venga fuori qualche nuova fisica che cambi la storia! Lo spero: questo sarebbe un finale piuttosto noioso per l’Universo.

Per maggiori dettagli, vai qui:

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

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