Inmediatamente después del Big Bang, ¿estaba el universo en un estado de entropía extremadamente baja o extremadamente alta?

La teoría del espacio de fase sugiere que la región de granulado de curso más grande, pag , en un espacio de fases, PAG , es el punto en el espacio de fase con la entropía más alta. Como tal, está en equilibrio térmico con las regiones de grano grueso que lo rodean.

Ahora, cuando se obtiene un gráfico de intensidad frente a frecuencia para el CMB (Cosmic Microwave Background), se ve una curva casi idéntica a la curva de Planck que representa la radiación del cuerpo negro. Se observa que la temperatura del CMB es casi uniforme en todo el universo, y la curva de radiación de cuerpo negro representa un punto de equilibrio térmico para un sistema. Dado que el CMB tiene la misma curva que la radiación del cuerpo negro, esto sugeriría que en el nacimiento del fondo cósmico de microondas, el universo se encontraba en un estado de equilibrio térmico.

Volviendo al espacio de fase del que se habla en el primer párrafo, dado que el universo estaba en un estado de equilibrio térmico, estaba en un punto de máxima entropía.

Sin embargo, seguramente debido a la Segunda Ley de la Termodinámica, la entropía del universo debería disminuir, por lo que no sería posible que la entropía del universo estuviera en un estado tan alto tan pronto después de su nacimiento, por lo que debería seguramente empezará en un bajo estado de entropía.

Entonces, ¿cuál es el trato aquí? ¿Comenzó el universo en un estado de entropía realmente bajo o en uno realmente alto? ¿Son todas mis explicaciones aquí lógicas o bastante inexactas?

¿Por qué crees que el universo estuvo en estado de equilibrio en cualquier momento después del Big Bang?
¿No es la cuestión de la entropía grande frente a la pequeña en el universo primitivo una pregunta abierta?
En un sistema gravitatorio (como el universo) no hay estado de equilibrio térmico, porque los sistemas gravitatorios tienen calor específico negativo (por lo que las cosas no evolucionan hacia una temperatura uniforme que corresponde a un estado improbable). Una vez que el universo se ha enfriado lo suficiente como para que la gravedad desempeñe un papel, puede explorar muchos estados más probables que la densidad uniforme, a través del colapso gravitatorio; la entropía, que cuenta estos estados, por lo tanto aumenta.

Respuestas (1)

Has pasado por alto la entropía gravitatoria.

La entropía del horizonte de un agujero negro viene dada por:

S = k A 4 pag 2

dónde A es el área del horizonte, k es la constante de Boltzmann y pag es la constante de Planck. Esta entropía es absolutamente enorme, por lo que si toma un gas distribuido uniformemente en equilibrio térmico y lo concentra en un agujero negro, aumenta enormemente la entropía.

Entonces, tiene razón en que, al ignorar la entropía gravitatoria, la entropía de la materia / energía inicialmente estaba en un máximo, pero incluye la entropía gravitatoria y agrega muchas posibilidades para que la entropía aumente.

Hay mucho debate sobre esta área y, en particular, es uno de los temas favoritos de Roger Penrose. Si busca en Google la entropía del universo de Penrose o algo así, encontrará muchos artículos relevantes como este .