¿Realmente todo empezó con un estado de muy baja entropía?

Como enfatizó Penrose hace muchos años, la cosmología solo puede tener sentido si el mundo comenzó en un estado de entropía excepcionalmente baja. El punto de partida de baja entropía es la razón última por la que el universo tiene una flecha del tiempo, sin la cual la segunda ley no tendría sentido. Sin embargo, no existe una explicación universalmente aceptada de cómo el universo llegó a un estado tan especial. ¿Hay algunas observaciones que realmente nos digan que el universo primitivo tenía una entropía pequeña? ¿Es esta afirmación realmente consistente con nuestras teorías?

La pregunta publicada por Qmechanic tiene una respuesta que explica que Paul Davies dio lo que considero la explicación completa y correcta, como continuación de la teoría de la cosmología inflacionaria. Cuando el universo comienza a inflarse, el estado inicial es automáticamente de muy baja entropía, y esto fija el carácter especial de las condiciones iniciales. Tal vez podría editar la pregunta para enfatizar las partes que son ortogonales a la pregunta anterior.
@RonMaimon ¿Cuáles son las objeciones que los cosmólogos tienden a dar a la idea de que la inflación representa una fase de Sitter y, por lo tanto, es la entropía máxima? (Usted mencionó en la pregunta vinculada que no está universalmente aceptado en la comunidad cosmológica). Si esto necesita más de una oración o dos, plantearé una pregunta por separado.
@twistor59: Creo que es solo que no les gusta el concepto de una cosmología definida por un parche causal. Si piensa en el espacio de DeSitter como un espacio enormemente infinito, tiende a pensar que no hay límite en el contenido de entropía, aunque esto no tiene sentido desde el punto de vista positivista. La razón por la que se descartaron las imágenes de parches causales es simplemente porque los peces gordos querían una inflación eterna (creo que Linde estaba detrás de esto, pero había otros), y las imágenes de parches causales no son compatibles con la inflación eterna, como mucha gente se dio cuenta de inmediato cuando el se formuló el principio holográfico.
@ twistor59: solo para darle una idea de las dificultades conceptuales (se resuelven de manera trivial en la imagen correcta del parche causal) considere un gas uniforme en el espacio deSitter eternamente inflado. Puedes agrupar parte de este gas artificialmente en un agujero negro, y este agujero negro simplemente se mueve, sin desaparecer nunca en la imagen de inflación eterna. Entonces aumentaste la entropía al hacer el agujero negro. Dado que puede hacer tantos agujeros negros como desee en el espacio-tiempo extendido, no hay límite para la entropía. Esto es estúpido, porque la entropía se define en un solo parche causal.
@twistor59: La noción de inflación eterna debería haber sido inmediatamente criticada como absurda, porque es incompatible con el positivismo lógico --- crea modelos matemáticos donde la mayor parte del universo no es accesible para las mediciones. El problema es que el positivismo lógico sigue siendo estúpidamente rechazado por los fumetas que gobiernan el mundo moderno. No hay sustituto para el positivismo como filosofía de las ciencias naturales. Es la única idea filosófica que sirvió como fuente de física correcta a lo largo de un siglo, correcta incluso cuando las consecuencias eran totalmente contrarias a la intuición.
@RonMaimon gracias, puedo ver por qué podría haber una división. (¡LOL @ stoners! - tal vez debería haber un nuevo campo de estudio "cosmología para entidades omnipresentes y omniscientes")
@twistor59: No creo que sea una división, de verdad. Es solo que los cosmólogos son incompetentes. Eso no debería ser una sorpresa.
No puedo convertirlo en una respuesta, pero el saludo manual que me doy es que en el tiempo = 0 todas las dimensiones espaciales = 0 y hay una masa M, tal vez un estado propio del vector cósmico. Entonces hay un microestado (0,0,0,0,...,M). Con la definición de entropía como proporcional al logaritmo del número de microestados, el logaritmo de 1 es cero; y la entropía solo puede aumentar :) a partir de ese momento. Estoy abierto a ser corregido.

Respuestas (3)

Se sabe que la entropía es estrictamente creciente (en el sentido preciso de una producción de energía local positiva) debido a los muchos procesos de disipación en la Naturaleza. Este es probablemente el hecho más verificado en física.

Como consecuencia, la entropía total del universo (si es que este término puede definirse bien, lo cual es un tanto cuestionable) debe haber sido mucho menor en el pasado, como en un sistema aislado (y el universo es, por definición, aislado), la entropía total también aumenta.

Esto es independiente pero consistente con los modelos cosmológicos actuales.

Por otro lado, la pregunta de por qué esto es así es difícil de responder. Posiblemente la pregunta sea discutible, ya que la entropía total en el universo también podría ser infinita, en cuyo caso siempre fue infinita.

Para obtener una respuesta enormemente detallada pero aún muy legible a esta pregunta, consulte el libro de Sean Carroll "From Eternity to Here". Se trata de este tema. Carroll también tiene un par de conferencias en ted.com que dan los aspectos más destacados.

Cuando miramos hacia el espacio, efectivamente estamos mirando hacia atrás en el tiempo. Cuando vemos algo a 10 mil millones de años luz de distancia, estamos viendo la luz que lo dejó hace 10 mil millones de años. Entonces, al mirar objetos a diferentes distancias, podemos ver cómo ha cambiado el universo con el tiempo. También está la radiación de fondo cósmico de microondas, que nos brinda la información más directa sobre el estado del universo primitivo.

La 2ª ley de la termodinámica no es válida cuando añadimos gravitación a un conjunto homogéneo infinito (*) de partículas en reposo (con temperatura 0ºK).

Por qué ?
¿Qué esperaría que sucediera si añadimos una pequeña perturbación (una consecuencia de QM)?

Piense en un cristal regular donde todas las partículas están igualmente espaciadas y luego una partícula se aleja de su posición inicial formando un agujero .
Un agujero se expandirá porque todas las partículas en el exterior son menos atraídas al centro del agujero que antes.
La temperatura CRECERÁ en la capa de masa exterior al agujero y el agujero crecerá, de manera acelerada.

En el universo real, tales agujeros se llaman VACÍOS y las galaxias se forman en la intersección de los vacíos.

En mi respuesta a PSE-anti-gravity-in-an-infinite-lattice-of-point-masses , muestro las ecuaciones del campo gravitacional y los gráficos, bajo este escenario.

Allí me votaron negativo, y espero lo mismo ahora, sin argumentación, típico de los creyentes que no aceptan evidencias contrarias a sus creencias.

(*) debido a que el campo gravitacional crece a una velocidad c , solo puede ser 'lo suficientemente grande'.

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