Om du klickar på den här bilden får du en zoombar bild av Vintergatan med 84 miljoner stjärnor:

Men stjärnorna bidrar bara till en liten del av den totala entropin i det observerbara universum. Om det är slumpmässig information du vill ha, leta någon annanstans!

För det första: vad är det ”observerbara universumet” egentligen?

Desto längre du tittar ut i universum, desto längre tillbaka i tiden ser du. Du kan inte se igenom den heta gasen från 380 000 år efter Big Bang. Denna ”eldvägg” markerar gränserna för det observerbara universum.

Men i takt med att universum expanderar har de avlägsna forntida stjärnorna och gasen som vi ser flyttats ännu längre bort, så de är inte längre observerbara. Det så kallade ”observerbara universum” är alltså i själva verket det ”tidigare observerbara universum”. Dess kant ligger 46,5 miljarder ljusår bort nu!

Detta gäller även om universum bara är 13,8 miljarder år gammalt. En standardutmaning i förståelsen av den allmänna relativitetsteorin är att räkna ut hur detta är möjligt, med tanke på att ingenting kan röra sig snabbare än ljuset.

Vad är det totala antalet stjärnor i det observerbara universum? Uppskattningarna ökar i takt med att teleskopen förbättras. Just nu tror man att det finns mellan 100 och 400 miljarder stjärnor i Vintergatan. De tror att det finns mellan 170 miljarder och 2 biljoner galaxer i universum.

År 2009 uppskattade Chas Egan och Charles Lineweaver den totala entropin för alla stjärnor i det observerbara universum till 1081 bitar. Du bör tänka på dessa som qubits: det är mängden information för att beskriva kvanttillståndet för allting i alla dessa stjärnor.

Men entropin i interstellär och intergalaktisk gas och damm är ungefär tio gånger större än entropin i stjärnorna! Den är ungefär 1082 bitar.

Entropen i alla fotoner i universum är ännu större! Universum är fullt av strålning som är kvar från Big Bang. Fotonerna i det observerbara universum som är kvar från Big Bang har en total entropi på cirka 1090 bitar. Den kallas ”kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning”.

Nutrinos från Big Bang bär också på cirka 1090 bitar – en bit mindre än fotonerna. Gravitonerna bär mycket mindre, cirka 1088 bitar. Det beror på att de kopplades bort från annan materia och strålning mycket tidigt, och har svalnat sedan dess. Å andra sidan bildades fotoner i den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen genom att annihilera
elektron-positronpar fram till cirka 10 sekunder efter Big Bang. Gravitonstrålningen förväntas således vara kallare än mikrovågsbakgrundsstrålningen: cirka 0,6 kelvin jämfört med 2,7 kelvin.

Svarta hål har enormt mycket mer entropi än allt som hittills har räknats upp. Egan och Lineweaver uppskattar entropin hos svarta hål med stjärnmassa i det observerbara universum till 1098 bitar. Detta hänger samman med varför svarta hål är så stabila: den andra lagen säger att entropin gillar att öka.

Men entropin hos svarta hål växer kvadratiskt med massan! Därför tenderar svarta hål att smälta samman och bilda större svarta hål – till slut bildar de ”supermassiva” svarta hålen i centrum av de flesta galaxer. Dessa dominerar entropin i det observerbara universum: cirka 10104 bitar.

Hawking förutspådde att svarta hål långsamt strålar bort sin massa när de befinner sig i en tillräckligt kall miljö. Men universum är alldeles för varmt för att supermassiva svarta hål ska förlora massa nu. I stället växer de mycket långsamt genom att äta den kosmiska mikrovågsbakgrunden, även när de inte äter stjärnor, gas och stoft.

Det är alltså först i en avlägsen framtid som universum kommer att svalna tillräckligt för att stora svarta hål långsamt ska börja sönderfalla via Hawking-strålning. Entropin kommer att fortsätta att öka … och huvudsakligen gå till fotoner och gravitoner! Denna process kommer att ta mycket lång tid. Om man antar att ingenting faller in i det och att inga okända effekter ingriper, tar det ungefär 1067 år för ett svart hål med solmassa att avdunsta på grund av Hawking-strålning – medan ett riktigt stort hål, jämförbart med massan i en galax, bör ta ungefär 1099 år.

Om våra nuvarande mest populära idéer om mörk energi stämmer, kommer universum att fortsätta att expandera exponentiellt. Tack vare detta kommer det att finnas en kosmologisk händelsehorisont som omger varje observatör och som kommer att utstråla Hawking-strålning vid en temperatur på ungefär 10-30 kelvin.

I detta scenario kommer universum i en mycket avlägsen framtid huvudsakligen att bestå av masslösa partiklar som produceras som Hawking-strålning vid denna temperatur: fotoner och gravitoner. Entropin i den exponentiellt expanderande boll av rymd som idag är vårt ”observerbara universum” kommer att fortsätta att öka exponentiellt… men mer konkret kommer entropitätheten att närma sig den för en gas av fotoner och gravitoner i termisk jämvikt vid 10-30 kelvin.

Det är förstås mycket troligt att det dyker upp någon ny fysik mellan nu och då som ändrar historien! Jag hoppas det: detta skulle vara ett ganska tråkigt slut på universum.

För mer information, gå hit:

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

Läs också min sida om information.