¿Por qué el Big Bang produjo un universo de baja entropía?

Para que el universo sea como es, conteniendo estrellas y galaxias, es un requisito que el universo primitivo estuviera en un estado de entropía relativamente bajo.

¿Por qué el Big Bang produjo este universo de baja entropía?

¿Bajo en relación con qué otro universo conocemos? ¿O más bien está preguntando "¿qué estableció la entropía del universo primitivo?"
@AtmosphericPrisonEscape Quise decir bajo en relación con el presente, supongo que esa respuesta explicaría "qué estableció la entropía del universo primitivo"
¿Quién dice que el universo primitivo tenía una entropía más baja? El campo de Higgs ni siquiera se había derrumbado todavía.
@CarlWitthoft Uno asumiría ingenuamente que la segunda ley de la termodinámica implica que este debería ser el caso.
@zephyr, supongo, pero mire lo que le sucede a una colección dispersa de partículas después de unos miles de millones de años de gravedad (es decir, nace una estrella). Así que hay toneladas de energía potencial en el campo gravitatorio; presumiblemente, las partículas están muy dispersas porque alguna vez tuvieron toneladas de energía cinética.
el big bang induce inflación, la inflación produce un universo bastante uniforme, un universo uniforme poco probable bajo la ley de la gravedad, por lo tanto, hay más configuraciones disponibles, por lo que la entropía aumenta.
@chris Entonces, entiendo que está diciendo que es una consecuencia de la inflación.
@MikeH es una consecuencia del hecho de que los estados más probables con gravedad no están agrupados de manera uniforme. La mayoría de los argumentos entrópicos usados ​​para el universo parecen pasar por alto este punto por alguna razón. El uniforme isotérmico es muy poco probable.
La entropía siempre aumenta con el tiempo. Entonces, la declaración que mencionó es simple y no requiere más interpretación, a menos que haya algo más de la referencia.

Respuestas (1)

La segunda ley de la termodinámica establece:

la entropía total de un sistema aislado solo puede aumentar con el tiempo

Si se aplica a nuestro universo, se puede concluir que la entropía de nuestro universo necesariamente debe aumentar con el tiempo (o, improbablemente, permanecer constante), lo que resulta en la muerte térmica final de nuestro universo . Así como Georges Lemaître vio que el Universo se estaba expandiendo y supuso que debía haber sido más pequeño en el pasado (lo que implica un Big Bang), también podemos suponer que si la entropía de nuestro Universo está aumentando hasta una entropía máxima en la que el Universo experimenta una calor muerte, necesariamente debe haber sido menor en el pasado. Esto plantea la pregunta, ¿por qué fue más bajo? ¿Cómo llegó el universo a estar en un estado con una entropía tan baja que se formaron estrellas y galaxias? ¿Por qué no surgió a la existencia, ya en la etapa de muerte por calor?

La respuesta a esto es, no lo sé. Y no estoy seguro de que alguien pueda saber o dar una respuesta sólida, respaldada por hechos y evidencia observacional. En el mejor de los casos, hay algunas conjeturas e hipótesis que puedo repasar un poco.

En primer lugar, permítanme señalar que la segunda ley de la termodinámica puede, de hecho, no aplicarse a nuestro Universo como un todo. El problema con las leyes de la física es que a menudo se aplican en casos localizados, por ejemplo, cuando hablamos de un laboratorio de ciencias o una galaxia. Pero cuando tratas de aplicarlos al universo como un todo, hay demasiadas incógnitas y, por lo general, las reglas cambian. Por ejemplo, ¿es nuestro universo un sistema aislado? Nadie puede responder eso porque nadie puede ver el Universo entero. Estamos limitados a solo observar el Universo observable, por lo que ya no podemos decir definitivamente que el Universo se adhiere a una de las condiciones previas principales de la segunda ley.

Sin mencionar que tiene la dificultad de que puede ser imposible que todas las leyes absolutas se apliquen al Universo como un todo, cuando ya sabemos que algunas de ellas no. Todas las leyes de la física dependen unas de otras. Si cambias uno, afectas a todos los demás. Sabemos (o al menos algunos creen) que la ley de conservación de la energía no se cumple necesariamente para el Universo en su conjunto . En cualquier punto local del espacio y para cualquier evento localizado, lo hace, pero no cuando se aplica a todo el Universo. Entonces, las leyes de la física ya están en mal estado y eso tendrá consecuencias desconocidas para otras leyes de la física cuando se apliquen al Universo como un todo.

La energía en nuestro universo no se conserva porque se está expandiendo. Esta expansión arroja constantemente nueva energía a nuestro universo, lo que hace que nuestro universo no esté "aislado", incluso si se basa en la definición de la palabra en el diccionario. Como tal, es completamente posible que la entropía sea reducida por esta entrada de energía a través de la expansión. La época inflacionaria inicial, que probablemente violó la conservación de la energía a nivel mundial, podría haber resultado en nuestro estado inicial de baja entropía.

Pero como dije, mucho de esto son conjeturas e hipótesis. No creo que haya una buena respuesta para esta buena pregunta, y si la hay, realmente me gustaría escucharla.

Según tengo entendido, la segunda ley de la termodinámica es esencialmente una reformulación de las estadísticas. Puedo ver cómo algunas "leyes absolutas" pueden no aplicarse a todas las partes del universo (si algunas constantes universales no son siempre constantes, tal vez), pero parece poco probable que las estadísticas se rompan.
@MikeH Mi punto no es que las estadísticas se rompan, sino que las suposiciones que deben ser ciertas para que se aplique la segunda ley, no son ciertas para el Universo. Por ejemplo, la entropía de la Tierra está aumentando, pero eso no significa que las estadísticas se rompan cuando se aplican a la Tierra, significa que las suposiciones de la segunda ley no son ciertas, es decir, la Tierra no es un sistema aislado. De manera similar, el Universo no es un sistema aislado porque hay una entrada de energía en forma de expansión, lo que significa que la estática detrás de la segunda ley sigue siendo cierta, pero las suposiciones para que se aplique no son ciertas.
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También puede señalar el hecho de que podemos elegir establecer nuestro cero para esta escala. "Baja entropía" puede significar simplemente "más baja de lo que es ahora".
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