¿Está degradándose el universo?

Las leyes de la termodinámica son las más fundamentales de la física. Describen cómo fluye y funciona el calor dentro de un sistema. Así que no es de extrañar que también predigan lo que le ocurrirá a nuestro universo con el paso del tiempo. Pero, ¿podría nuestro universo estar degradándose? En la física se debate si la segunda ley de la termodinámica se aplica a todo el universo o sólo a los sistemas aislados, como los planetas y las estrellas, lo que plantea una pregunta importante: ¿Afecta la gravedad a la entropía? ¿Y qué significa esto para la vida en el espacio?

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía de un sistema aislado nunca disminuye.

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía de un sistema aislado nunca disminuye. Esto se formula a menudo diciendo que «la entropía de un sistema se aproxima a un valor constante a medida que la temperatura se acerca al cero absoluto» o que «es imposible construir una máquina de movimiento perpetuo».

El aumento del desorden asociado al incremento de la entropía es una de las razones por las que no podemos crear energía de la nada. La energía debe conservarse siempre, pero es posible convertir la energía útil en formas inútiles siempre que haya más formas de que las cosas se dispongan de forma caótica en lugar de ordenada (es decir, aumentando la entropía). Por ejemplo, cuando la leña arde en el aire (que contiene oxígeno), se libera calor junto con el dióxido de carbono y el vapor de agua, al menos una parte de los cuales puede volver a ser utilizable cuando las plantas toman el CO2 de la atmósfera y utilizan la luz solar para convertir el H2O de nuevo en gas O2 mediante la fotosíntesis.

La física de partículas sugiere que nuestro universo puede ser intrínsecamente inestable, por lo que podría decaer a una nueva forma.

En la segunda parte, exploraremos la posibilidad de que nuestro universo sea inherentemente inestable.

Si es cierto, eso significa que el universo podría decaer a una nueva forma. Hay tres escenarios posibles:

  • Un Big Rip: Si esto es lo que sucede, entonces algo como la energía del vacío haría que toda la materia de nuestro universo se acelerara alejándose de los demás a una velocidad cercana a la de la luz hasta que todo se desgarrara. (Los cosmólogos no están seguros de que haya suficiente de esta energía para causar este escenario).
  • Un Big Crunch: Este modelo sugiere que nuestro estado actual de la materia se expandirá durante miles y miles de millones de años antes de volver a colapsar en sí mismo y luego expandirse de nuevo. El ciclo se repetiría una y otra vez para siempre, como un bucle interminable de saltos de CD sin salida. (Esto no es tan probable como otros escenarios).

¿Tiene el universo una entropía máxima?

El universo siempre aumenta su entropía. En otras palabras, el universo se vuelve más y más desordenado a medida que pasa el tiempo. La segunda ley de la termodinámica dice que la entropía nunca puede ser negativa; tampoco puede ser nunca cero: siempre debe aumentar. Pero si el universo dejara de expandirse y encogerse, ¿se mantendría en un estado de máxima entropía?

Una posible laguna en la segunda ley de la termodinámica.

  • La entropía es una medida del desorden, es decir, de cuántas maneras puede organizarse algo.
  • En la mecánica clásica, el número de formas en que puede disponerse un objeto está limitado por su contenido energético y el espacio que ocupa. Por ejemplo, si tienes una cama con dos almohadas (un sistema), sólo hay dos disposiciones posibles: Puede tener una almohada en el lado izquierdo de la cama y otra en el derecho, o puede tener ambas almohadas delante. Sin embargo, si añadimos otra almohada a nuestro escenario de ejemplo (aumentando su contenido energético), eso también aumenta su entropía: Ahora hay más de dos disposiciones posibles. Esto significa que añadir más masa aumentará la entropía del sistema y dificultará el calentamiento de la cama, ya que hay más formas de que el calor desaparezca.

El destino final de nuestro universo.

  • El universo acabará colapsando en un agujero negro.
  • El universo es eterno, pero no se está expandiendo ni contrayendo en este momento.
  • El universo puede ser eterno y expandirse a la velocidad justa para evitar el colapso en un agujero negro.

Nuestro universo sigue las leyes de la física, y puede que no dure para siempre.

Nuestro universo sigue las leyes de la física y puede que no dure para siempre. El futuro del universo es incierto, pero tenemos algunas ideas sobre su probable destino.

El universo puede no ser estable. Si es inestable, esto podría significar que simplemente terminará algún día gracias a nuestra comprensión actual de la ciencia. Pero si se descompone en una nueva forma, ¿qué aspecto tendría? No sabemos lo suficiente como para decir con certeza lo que ocurrirá en un futuro lejano (o incluso el año que viene).

Conclusión

La idea del artículo es examinar la cuestión de si nuestro universo puede decaer en una nueva forma, que fue postulada por primera vez por Paul Davies en 1983. La idea básica es la siguiente:

Vivimos en un sistema cerrado. Esto significa que toda la energía y la materia que entra en él se queda dentro. La cantidad de energía y materia que tenemos está fijada por lo que entró. Por eso no tenemos que preocuparnos de que se acabe la comida ni nada parecido. Cuando muramos, el sol nos quemará, pero todo en la tierra seguirá aquí.

Para que haya un cambio, algo debe salir y entrar, debe haber una «entrada» y una «salida».

El ejemplo concreto que pongo es la desintegración radiactiva: los elementos radiactivos son inestables y emiten radiación cuando se descomponen (tienen un 50% de posibilidades de descomponerse). En este proceso pierden su energía y se vuelven menos radiactivos (este cambio se produce con el tiempo). Este fenómeno puede utilizarse para construir radioisótopos como el potasio-40 o el cesio-137 (si quieres una explicación más detallada de cómo ocurre esto, puedes leerlo aquí).

Por lo tanto, si nuestro universo pudiera descomponerse en una nueva forma, significaría que alguna forma nueva llegó desde el exterior. ¿Y cuál podría ser esta nueva forma?

Voy a empezar con dos respuestas: la teoría de cuerdas (en particular su versión llamada teoría del mundo de las branas) y las teorías de la gran unificación . Se trata de dos teorías distintas, por lo que en realidad sólo doy una respuesta a continuación. Pero mi análisis no cubrirá todas las soluciones posibles, así que permítanme mencionar rápidamente algunas otras posibilidades: agujeros negros , universos bebé , multiversos , etc. Todas estas ideas son interesantes, pero la mayoría, si no todas, requieren propiedades inobservables («variables ocultas») que no podrían existir según la mecánica cuántica, por lo que mi análisis no

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