Respuesta larga corta: el universo primitivo habría estado en equilibrio termodinámico en sus grados de libertad de materia pero no en sus grados de libertad gravitacionales ; el último desequilibrio corresponde a una baja entropía en relación con el estado final del universo, o los estados que observamos hoy.
Permítanme comenzar diciendo que hacer termodinámica cuántica del universo primitivo es increíblemente difícil . ¡Y esto viene de alguien que se gana la vida con estadísticas de no equilibrio! El problema es que la mayoría de las personas con buena experiencia en mecánica estadística (como yo) no son también personas con suficiente experiencia para separar los detalles finos de la física gravitacional. Además, es probable que el universo primitivo sea el único lugar donde los efectos de la gravedad cuántica son significativos, lo que a su vez hace que el estudio tanto experimental como teórico sea aún más difícil.
Dicho esto, la forma más probable de leer el universo primitivo como un estado de baja entropía implica considerar los efectos de la gravedad. Considere una caja, en la que todas las moléculas de gas se limitan inicialmente a una esquina. Este es un estado increíblemente bajo de entropía, y a medida que avanza el tiempo, las moléculas de gas se extenderán por toda la caja hasta que la densidad promedio de las moléculas de gas sea igual en todas partes: un estado final de alta entropía.
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Y sin embargo, esta bola de gas no se está disipando en la nada:
Si tiene suficientes moléculas de gas para que sus atracciones gravitacionales se vuelvan significativas, entonces la densidad uniforme deja de convertirse en el estado de mayor entropía . De hecho, el límite de Bekenstein afirma que la entropía de un agujero negro es el estado de entropía más alto posible para una cantidad dada de masa en un volumen dado. Y, de hecho, en comparación con un agujero negro, una distribución uniforme de materia caliente debe ser la redistribución de entropía más baja posible .
Estoy pasando por alto muchos detalles, por la sencilla razón de que hay una gran controversia aquí (¡incluso sobre los agujeros negros en sí mismos y su termodinámica!). Me parece que la diferencia principal entre una caja de gas uniforme de alta entropía y un universo lleno de gas uniforme de baja entropía debe reducirse a la influencia de la gravedad, descrita anteriormente. Hay otras arrugas, como el hecho de que el universo primitivo está a punto de expandirse magníficamente, por lo que hay que tomar decisiones sobre la inflación cósmica y la energía oscura para proceder a un modelo cuantitativo.
¡Además, Alan Guth (de la inflación cósmica) ha presentado recientemente una idea de que la entropía del universo primitivo puede no ser especialmente baja después de todo! Su proceso de pensamiento es muy simple: si la entropía es capaz de aumentar ilimitadamente , y aumenta con el tiempo, entonces “el universo primitivo tenía menos entropía” es simplemente una consecuencia de la flecha del tiempo sin requerir ninguna especificación de sus macroestados y microestados precisos .
No obstante, la mayor parte de la respuesta me parece ser que, a escala universal, la influencia de la gravedad altera nuestras suposiciones habituales: los agujeros negros ahora son de alta entropía y una distribución uniforme de la materia es en cambio baja entropía.
Para una discusión mucho más acalorada (jeje), vea:
¿Por qué estaba el universo en un estado extraordinariamente bajo de entropía justo después del Big Bang?
¿Cómo puede ser que el universo inicial tuviera una temperatura alta y una entropía baja al mismo tiempo?
de StackExchange.
