Двое ученых из Австралийского национального университета, показав, что в прежних расчетах влияние сверхмассивных черных дыр недооценивалось, на несколько порядков увеличили оценочное значение энтропии наблюдаемой Вселенной.

Сверхмассивная черная дыра (иллюстрация Science Photo Library).

Как известно, энтропия системы соотносится с количеством микросостояний, которые возможны в данном макроскопическом термодинамическом состоянии, и выражается (в единицах Дж/К) в виде S = k•ln(Ω), где k — константа Больцмана, а Ω — число микросостояний. Таким образом, энтропию можно рассматривать как меру «беспорядка» в системе.

В масштабах Вселенной энтропийными рекордсменами считаются черные дыры, поскольку число возможных состояний заключенного в них вещества, приводящих к одним и тем же внешним параметрам, поистине огромно. Авторы предыдущих исследований, оценивая суммарную энтропию сверхмассивных черных дыр Вселенной, отталкивались от предположения, что в галактиках должны располагаться черные дыры с массой в 10 млн солнечных. Используя такое усредненное значение, ученые определили, что вклад черных дыр в общую энтропию должен составлять около (10¹⁰¹–10¹⁰³)•k.

Авторы рассматриваемой работы выполнили расчеты на новом уровне точности: они расширили диапазон значений масс черных дыр, учли имеющиеся данные о самых больших из них и заключили, что вклад сверхмассивных черных дыр должен оцениваться величиной 10¹⁰⁴•k. Общая энтропия наблюдаемой Вселенной, по их данным, составляет 3,1•10¹⁰⁴•k.

Увеличение оценочного значения энтропии наблюдаемой Вселенной вполне можно интерпретировать как приближение к так называемой тепловой смерти — конечному состоянию, в котором никакого обмена энергией между частями системы наблюдаться уже не будет, и жизнь окажется невозможна. Иными словами, в таком состоянии энтропия Вселенной достигнет своего максимума (специалисты устанавливают это предельное значение на уровне 10¹²²•k).

С другой стороны, сверхмассивные черные дыры не оказывают заметного влияния на процессы передачи тепла и выравнивания температуры во Вселенной; да, они постепенно «испаряются», испуская излучение Хокинга, однако этот процесс может занимать около 10¹⁰² лет. «Энтропия, так сказать, навсегда заперта внутри черных дыр», — резюмирует физик Стивен Хсу (Stephen Hsu) из Орегонского университета (США).

Стоит отметить, что австралийские исследователи также дали предварительную оценку энтропии темной материи в пределах наблюдаемой Вселенной: 10^88±1•k.