Cuánto tiempo falta para la muerte por calor del universo
El universo comenzó con el Big Bang. ¿Qué aspecto tendrá el universo en el futuro? Los cosmólogos no están seguros, pero tienen algunas predicciones. La predicción más famosa es la muerte por calor del universo.
Contemplar el universo puede resultar abrumador. Reduzcámoslo a un experimento mental manejable. Imagina que has preparado una taza de té caliente. Pones la taza en una caja grande y la cierras. A continuación, envuelves la caja con capas de aislamiento. En este experimento mental, acabas de crear un sistema cerrado: ningún tipo de calor, luz o energía puede entrar o salir de la caja.
Al final, si comprobaras la caja, ¿qué descubrirías? Descubrirías que el té, la taza y todo el aire de la caja tienen ahora la misma temperatura. El té se ha enfriado, mientras que el aire se ha calentado. Esto se llama equilibrio termodinámico.
Nuestro universo es como esta caja. Constantemente suceden cosas: las estrellas fusionan átomos, los planetas giran, las galaxias se forman. Todas estas acciones intercambian energía, normalmente en forma de calor, que se disipa en el cosmos y no puede volver a utilizarse. En un futuro lejano, toda la energía del universo se habrá disipado, o repartido uniformemente, y el cosmos alcanzará el equilibrio termodinámico. Como toda la energía estará uniformemente distribuida, no podrá ocurrir nada más.
La forma del universo
No funciona, ¿verdad? La razón es la entropía. La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía de un sistema aislado nunca puede disminuir. Mezclar un huevo aumenta su entropía. Si no se mezclara, la entropía disminuiría. Pero hay una solución: alimenta a una gallina con el huevo batido y obtendrás un huevo nuevo. Es cierto que tendrás que darle más de un huevo, pero aún así: ¡el milagro de la vida! La vida parece ir en contra de la tendencia general de la segunda ley de la termodinámica.
Por supuesto, la vida no puede florecer en un sistema completamente aislado, así que las leyes de la física están a salvo. Una gallina puede producir un huevo sólo aumentando la entropía de su entorno e, indirectamente, la del Sol.
Tenemos una especie de comprensión intuitiva de la entropía como el grado de desorden. Un huevo está muy “ordenado”, en el sentido de que tiene una cáscara ovoide, la clara, la yema y, lo que es más importante, el proyecto genético de una gallina. Es muy poco probable que un huevo se ensamble al azar a partir de la sopa primordial. Y sin embargo, en cierto modo, lo hizo. Tardó unos catorce mil millones de años, a partir del Big Bang, pero finalmente llegó a un supermercado cercano.
Paradoja de la muerte por calor
Al reunir un número cada vez mayor de pistas, los cosmólogos están cada vez más cerca de comprender cuál será el futuro y el destino final del universo. Y las noticias no son buenas. La formación de estrellas cesará y los agujeros negros tomarán el relevo hasta acabar evaporándose en la nada. Incluso podría haber un “Big Rip” en el horizonte. Pero para aquellos a los que no les importe esperar otros 101050 años más o menos, las cosas pueden empezar a mejorar, ya que podrían producirse una serie de acontecimientos extraños.
La razón por la que podemos investigar la evolución pasada del universo es que, en algunos aspectos, la astronomía es análoga a la arqueología. Explícitamente: cuanto más nos alejamos de nuestro planeta, más atrás en el tiempo vemos en el universo. Y cuando miramos hacia atrás en el tiempo, observamos que las galaxias están más juntas que en la actualidad. Aunque sólo es una prueba entre muchas otras, esta observación, unida a la teoría de la relatividad general de Einstein, significa que el universo comenzó con un Big Bang y se ha ido expandiendo desde entonces.
Segunda ley de la termodinámica
La muerte por calor es un posible estado final del universo, en el que se ha “agotado” hasta un estado de ausencia de energía libre termodinámica para mantener el movimiento o la vida. En términos físicos, ha alcanzado la máxima entropía. La hipótesis de una muerte por calor universal proviene de las ideas de William Thomson (Lord Kelvin) en la década de 1850, quien extrapoló la teoría de las opiniones del calor sobre la pérdida de energía mecánica en la naturaleza, plasmada en las dos primeras leyes de la termodinámica, al funcionamiento universal.
La idea de la muerte por calor se deriva de la segunda ley de la termodinámica, que establece que la entropía tiende a aumentar en un sistema aislado. Si el universo dura un tiempo suficiente, se acercará asintóticamente a un estado en el que toda la energía se distribuye uniformemente. En otras palabras, en la naturaleza existe una tendencia a la disipación (pérdida de energía) de la energía mecánica (movimiento); de ahí que, por extrapolación, exista la opinión de que el movimiento mecánico del universo se agotará con el tiempo debido a la segunda ley. La idea de la muerte por calor fue propuesta por primera vez en términos generales a partir de 1851 por William Thomson, que teorizó sobre las opiniones de pérdida de energía mecánica de Sadi Carnot (1824), James Joule (1843) y Rudolf Clausius (1850). En la década siguiente, Hermann von Helmholtz y William Rankine profundizaron en las ideas de Thomson.