Úton a kezdetek felé

[István]

Köszi!
Ezt még emésztem kicsit...

[Rigel]

Ez egy kétdimenziós téridő diagram. Vízszintesen van két (síkgeometriájú) térbeli kiterjedés, függőlegesen az időbeli kiterjedés. Te a "TIME" feliratú függőleges tengelyen "haladsz" előre az időben, mivel önmagadhoz képest mindig nyugalomban vagy. A te "idővonalad" ez a tengely, az összes többi vonal, ami ezen kívül fut, az már valaki más idővonala.
Ebben a kétdimenziós diagramban a fénykúp a múltad egyes pillanataihoz tartozó térből (vízszintes síkok) egy-egy körvonalat metsz ki. Te most egyszerre éppen az egyes múltbeli időpontokhoz tartozó (egyre nagyobb átmérőjű) körvonalakról szerzel információt a beérkező fénysugár által. Tehát tulajdonképpen az ábrában a "belátható univerzumot" maga a lefelé álló kúpfelület adja. (Ezt a 2D változatod egy 1D körvonalban észlelné, amit a kör középpontjából belülről szemlélhet.)
Ha visszarakjuk az egy elvett tér-dimenziót, akkor a múlt felé egyre növekvő átmérőjű körvonalak a múlt felé egyre növekvő átmérőjű, matrjoska-babákként egymásba pakolt gömbfelületekké változnak. Ezekről a gömbfelületekről fogsz egyszerre fényjelet kapni, azaz ezek adják össze a "belátható univerzum" 3D térfogatát, amit persze egy virtuális gömbfelületen a 2D "éggömbön" láthatsz magad körül.

[api]

[api]

[dgy]

A gravitáció és az entrópia kapcsolata sok érdekes, a köznapi szemléletnek és a korábban megszokott tudományos állításoknak ellentmondó eredményre vezetett. Penrose több könyvében hangsúlyozza, és ábrával is nyomatékosítja ezt.

Ha egy üres doboz egyik sarkába egy csomó gázmolekulát teszek, akkor hamarosan beáll az egyensúly, a legrendezetlenebb állapot: a molekulák egyenletesen betöltik a dobozt. Ezt szoktuk meg, ezt tartjuk a rendezetlenség netovábbjának. (Holott itt is van egy kis csavar, amire még visszatérek.)

Ha viszont figyelembe kell vennünk a gravitációt, tehát nem molekulákat, hanem csillagokat vagy galaxisokat helyezünk el egy (igen nagy) dobozban, akkor a végső állapot, ami felé a rendszer fejlődik, nem az egyenletes eloszlás, hanem egészen más: az összes anyag egy fekete lyukba egyesül, és azon kívül nincs semmi. (A lyuk még a falról visszavert sugárzást is elnyeli.)

Ezt a látható ellentmondást akarja (legalábbis értelmezésem szerint) megragadni Api: az egyetlen lyukba összegyűlt anyag megszokott értelmezésünk szerint rendezettebbnek látszik, mint az egyenletes eloszlás.

Ugyanakkor Bekenstein és Hawking óta tudjuk, hogy a fekete lyuknak is van entrópiája, méghozzá egészen nagy. Ezzel tehát a termodinamika részéről nézve a paradoxon már nem paradoxon: a fekete lyukká összegyűlt anyagnak valóban nagyobb az entrópiája, mint a kezdeti galaxisfelhőnek, tehát a 2. főtétel szerint is jogos a fejlődés fenti iránya. Viszont a szemléletnek ellentmond, hogy egy ilyen inhomogén struktúrát "rendezetlennek" nevezzünk - ezért próbálkozik Api a "rendezetlenség" és az "entrópia" fogalmak kettéválasztásával.

Tehát Apinak igaza van: a látszó rendetlenség és az entrópianövekedés nem ugyanaz. Ugyanakkor Lacinak is igaza van: mindezekben az esetekben összességében nő az entrópia. Ízlés dolga, hogy ki mit "lát" rendezettebbnek - az entrópia viszont objektív mérőszám. De az is igaz, hogy a fekete lyukak kivételével jelenleg nem tudjuk egy gravitáló rendszer (pl a Naprendszer) entrópiáját kiszámítani.

A végső fekete lyuk képződésével járó látszólagos "rendeződés" viszont nem keverendő össze a nyílt rendszereknek a korábban tárgyalt, az átfolyó energiaáramot frekvencia- és entrópia-transzformátorként megcsapoló lokális rendeződésével. Ez a folyamat csak addig lehetséges, amíg az univerzum termikusan inhomogén.

Még két dolgot kell figyelembe venni. Korábban már volt róla szó, hogy a termodinamika második főtételéhez tartozik egy végrehajtási utasítás is: "az egyensúly beáll, ha van rá elég idő, és lecsengenek a tranziens folyamatok". De ez az "elég idő" olykor drasztikusan nagy lehet! A Nagy Bumm utáni első mikroszekundum óta a protonoknak tulajdonképpen nincs joga a létezésre - még hogy 1 GeV-et összpontosítsunk egyetlen szabadsági fokra... A törvény szerint a protonnak már rég el kellett volna bomlania több könnyebb objektumra, növelve az összentrópiát. De mindenféle részecskefizikai véletlen miatt az elbomlás karakterisztikus ideje kb 10 év... Ebből a szempontból nézve az egész univerzum metastabil állapotban van - a végül kérlelhetetlen a hőhalálba hulló anyag élve a pillanatnyi nemegyensúlyi helyzet lehetőségeivel ideiglenes struktúrákat hoz létre. A struktúrákkal és élettel teli univerzum olyan, mint a vízesés lehulló cseppjei által alkotott csipkefüggöny. Miközben minden részecske lehull a mélybe, mert ez a törvény...

A másik dolog a végtelen. Az előbb egy dobozba zárt anyagmennyiség fejlődéséről és végső jövőjéről volt szó. De az univerzum nincs dobozba zárva, ráadásul a tér tágul. Ezért egy fekete lyukba hulló anyag által kibocsátott sugárzás (és az általa hordozott entrópia) nem fog végül visszaesni ugyanabba a lyukba. Esetleg beeshet egy másikba. De a táguló térben a számítások szerint a sugárzás egy része elkerülheti a lyukakat, ezért az entrópia egy része nem összpontosul a fekete lyukakba, hanem marad valamennyi az egyre hűlő háttérsugárzásban is. A "végállapot" tehát a szokásos rendezetlen (homogén gáz) és a szokatlan, inhomogén (fekete lyukas) végállapotok furcsa keveréke.

No de a fekete lyukak sem élnek örökké, ezért a még végsőbb állapot mégis csak az igen hideg és táguló sugárzás. Annak pontos elmélete még nem létezik, hogyan kellene kimagyarázni, netán kiszámolni, hogy ez még több entrópiát tartalmazó állapot, mint a fekete lyukas. És megindokolni, hogy ez a ritka anyag miért nem hoz létre újabb fekete lyukakat... Magánvéleményem szerint itt fog beleszólni az ügybe a majdani kvantumgravitotermodinamika, ami figyelembe fogja venni a táguló univerzum görbületével kapcsolatos entrópia-járulékokat is, és így megmagyarázza a fekete lyukaktól a feketetest-sugárzásig vezető Utolsó Átmenet termodinamikai hátterét.

dgy

[api]

[dgy]

[Banzai]

[api]

[Banzai]