Das Universum wird insgesamt vielleicht unordentlicher, aber das hindert nicht, dass sich geordnete Inseln bilden. Ein neues Modell der Quantengravitation legt nahe, dass mit der Ausdehnung des Raums die Entropie sich verteilt und so lokale Bedingungen entstehen, unter denen Galaxien, Sterne, Planeten und sogar Leben entstehen können.
Diese Idee stammt von Professorin Ginestra Bianconi, einer Mathematikerin an der Queen Mary University of London. Ihre Arbeit, veröffentlicht in Physical Review D, befasst sich mit einem seit langem bestehenden Rätsel der Kosmologie: Wie kann das Universum komplexer werden, während es dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik gehorcht, der besagt, dass die Gesamtentropie immer zunehmen muss?
Entropie verdünnt sich, während sich der Raum dehnt
Bianconi verwendete ein Modell namens Gravity from Entropy (GfE), einen Ansatz zur Quantengravitation. Statt die Gravitation als fundamentale Kraft oder reine Krümmung der Raumzeit zu behandeln, verbindet GfE sie mit Information und Entropie auf Quantenebene und stützt sich dabei auf die statistische Mechanik.
Ihre Analyse ergab eine entscheidende Unterscheidung. Während die Gesamtentropie des Universums mit der Zeit steigt, nimmt die Entropiemenge pro Volumeneinheit tatsächlich ab, wenn das Universum expandiert. Dieser Rückgang der lokalen Entropiedichte lässt Raum für organisierte Strukturen, ohne den zweiten Hauptsatz zu verletzen. Mit anderen Worten: Die kosmische Unordnung insgesamt steigt weiter, wird aber so verdünnt, dass in kleineren Regionen Ordnung entstehen kann.
Schwarze Löcher und die Hitze der Gravitation
Die Verbindung zwischen Gravitation und Thermodynamik ist nicht neu. Sie geht auf die Arbeiten von Jacob Bekenstein und Stephen Hawking zurück, die zeigten, dass Schwarze Löcher Entropie und Temperatur besitzen. Bianconis Modell erweitert diese Verbindung auf das gesamte Universum und behandelt die Raumzeit selbst als thermodynamisches System.
Ihre Berechnungen legen nahe, dass die durch Dunkle Energie angetriebene Ausdehnung des Raums eine zentrale Rolle spielt. Während sich das Universum dehnt, wird die Entropie über ein größeres Volumen neu verteilt. Diese Neuverteilung könnte es ermöglichen, dass lokal Komplexität entsteht, selbst während die Gesamtentropie des Kosmos unaufhaltsam weiter steigt.
Warum das für das Verständnis von Leben wichtig ist
Für Menschen, die sich fragen, wie ein von zunehmender Unordnung beherrschtes Universum etwas so Komplexes wie eine lebende Zelle hervorbringen kann, bietet Bianconis Arbeit eine mögliche Antwort. Dieselbe Expansion, die alles auseinanderzutreiben scheint, könnte auch die Bedingungen für Struktur und Leben schaffen.
Die Studie behauptet nicht, das Rätsel gelöst zu haben. Sie bietet einen mathematischen Rahmen, der kosmische Expansion, Entropie und die Entstehung von Komplexität in einem einzigen Modell vereint. Sollte er sich bestätigen, würde das bedeuten, dass genau die Kraft, die das Universum auseinandertreibt, auch Raum für Ordnung und vielleicht für das Leben selbst schafft.
