El universo tiene más entropía de lo que pensamos

Science News / Ciencia Kanija
06/10/09

Para tener todo ese tumulto — estrellas en erupción, galaxias chocantes, agujeros negros que colapsan – el cosmos es un lugar sorprendentemente ordenado. Los cálculos teóricos han demostrado desde hace mucho que la entropía del universo – una medida de su desorden – no es más que una diminuta fracción de la cantidad máxima permitida.

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Un nuevo cálculo de la entropía mantiene este resultado general pero sugiere que el universo está más desordenador de lo que los científicos habían pensado — y ha llegado ligeramente más lejos en su gradual camino hacia la muerte, según concluyen dos cosmólogos australianos.

Un análisis de Chas Egan de la Universidad Nacional Australiana en Canberra y Charles Lineweaver de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney indica que la entropía colectiva de todos los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias es unas 100 veces mayor de lo anteriormente calculado. Debido a que los agujeros negros supermasivos son los mayores contribuyentes a la entropía cósmica, el hallazgo sugiere que la entropía del universo también es 100 veces mayor que la anterior estimación, según informaban los científicos el 23 de septiembre en ArXiv.org.

La entropía cuantifica el número de estados microscópicos distintos que un sistema físico puede tener mientras parece igual a gran escala. Por ejemplo, una tortilla tiene una entropía mayor que un huevo debido a que hay más formas de reordenar las moléculas en una tortilla y seguir siendo una tortilla que en un huevo, apunta el cosmólogo Sean Carroll del Instituto Tecnológico de California en Pasadena.

Un agujero negro es el campeón de la entropía debido a que hay miríadas de formas en las que el material que ha caído dentro del mismo puede ordenarse microscópicamente mientras que el agujero negro mantiene los mismos valores numéricos para sus propiedades observables — carga, masa y espín.

Los investigadores que calcularon anteriormente la suma cósmica de entropía en el agujero negro habían asumido que, de media, cada galaxia aloja un agujero negro de 10 millones de masas solares en su centro. Bajo esta suposición, los investigadores habían determinado que los agujeros negros supermasivos contribuían con una entropía de 10102, en unidades derivadas de una cantidad conocida como constante de Boltzmann.

Por contra, Egan y Lineweaver se basaron en nuevos datos de que incluyeron un rango más amplio de las masas de agujeros negros supermasivos en lugar de simplemente usar la masa media. “El resultado fue que una población mucho menor de agujeros negros muchos mayores, de mil millones de masas solares, contribuían a mucha más entropía”, dice Egan.

Carroll dice que los cálculos del equipo parece que tienen sentido. “No veo ninguna razón para dudar de sus números”, comenta.

Tener una estimación más fiable de la entropía es importante, dice Egan, debido a que para que existan fenómenos complejos como la vida, la entropía del universo debe ser menor que el valor máximo posible. Piensa, señala, en cuando se vierte agua caliente en un baño frío. Al principio, el agua caliente y fría están separadas y el sistema está ordenado — tiene una entropía baja. Pero una vez que el agua fría y caliente se mexclan, la entropía se maximiza y no es posible un mayor flujo de calor.

En el caso del universo, dice Egan, “querríamos saber [cuándo y] si la entropía finalmente alcanzará un valor máximo, marcando el final de todos los procesos disipativos, incluyendo la vida”. Los físicos han apodado a esta entropía máxima la “muerte térmica”.

El nuevo valor de Egan y Lineweaver para la entropía del universo aún es una mil millonésima de una mil millonésima de la entropía máxima posible que han estimado los investigadores. No obstante, el nuevo valor “indica que el universo está un poco más cerca de la muerte térmica de lo anteriormente calculado”, comenta el teórico Paul Davies de la Universidad estatal de Arizona en Tempe.

No todo el mundo concuerda que la mayor entropía a la que contribuyen los agujeros negros supermasivos coloque al universo más cerca de la muerte térmica. El teórico Ned Wright de la Universidad de California en Los Ángeles dice que dado que la entropía extra está encerrada en los agujeros negros, el resto del universo debería tener una entropía menor y estar más lejos de la muerte térmica.

Los nuevos cálculos de entropía también destacan un misterio cósmico, dice Carroll. La entropía era relativamente pequeña en los inicios del universo (1088), ahora es mayor (10104), pero aún está muy lejos del máximo (10122). Ningún principio físico puede explicar por qué la entropía cósmica es tan baja. Pero es algo bueno debido a que el valor bajo “es responsable de todo lo que experimentamos sobre la [unidireccional] flecha del tiempo — romper huevos, hacerse viejo y morir, recordar el pasado pero no el futuro”, señala Carroll. “El universo está increíblemente más ordenador de lo que debería ser. Egan y Lineweaver han demostrado que está un poco más desordenado de lo que pensamos”