Het heelal wordt misschien chaotischer, maar dat betekent niet dat er geen plekken met orde kunnen ontstaan. Een nieuw model voor kwantumzwaartekracht suggereert dat naarmate de ruimte uitdijt, entropie zich verspreidt en zo lokale omstandigheden creëert waarin sterrenstelsels, sterren, planeten en zelfs leven kunnen ontstaan.
Dit idee komt van professor Ginestra Bianconi, wiskundige aan Queen Mary University of London. Haar werk, gepubliceerd in Physical Review D, pakt een aloude puzzel in de kosmologie aan: hoe kan het heelal complexer worden terwijl het de tweede wet van de thermodynamica volgt, die zegt dat totale entropie altijd moet toenemen?
Entropie wordt dunner naarmate de ruimte uitrekt
Bianconi gebruikte een raamwerk genaamd Gravity from Entropy, of GfE, een voorgestelde benadering van kwantumzwaartekracht. In plaats van zwaartekracht te behandelen als een fundamentele kracht of pure kromming van de ruimtetijd, verbindt GfE het met informatie en entropie op kwantumniveau, gebaseerd op statistische mechanica.
Haar analyse vond een belangrijk onderscheid. Terwijl de totale entropie van het heelal in de loop van de tijd stijgt, neemt de hoeveelheid entropie per volume-eenheid juist af naarmate het heelal uitdijt. Die daling in lokale entropiedichtheid laat ruimte voor georganiseerde structuren om zich te ontwikkelen zonder de tweede wet te overtreden. Met andere woorden, de algehele kosmische wanorde blijft stijgen, maar wordt zo verdund dat orde in kleinere gebieden kan ontstaan.
Zwarte gaten en de hitte van zwaartekracht
Het verband tussen zwaartekracht en thermodynamica is niet nieuw. Het gaat terug tot het werk van Jacob Bekenstein en Stephen Hawking, die aantoonden dat zwarte gaten entropie en temperatuur hebben. Bianconi's model breidt dat verband uit naar het hele heelal en behandelt de ruimtetijd zelf als een thermodynamisch systeem.
Haar berekeningen suggereren dat de uitdijing van de ruimte, aangedreven door donkere energie, een centrale rol speelt. Naarmate het heelal uitrekt, wordt entropie herverdeeld over een groter volume. Die herverdeling kan ervoor zorgen dat complexiteit lokaal ontstaat, zelfs terwijl de totale entropie van de kosmos meedogenloos blijft stijgen.
Waarom dit belangrijk is voor het begrijpen van leven
Voor mensen die zich afvragen hoe een heelal dat wordt geregeerd door toenemende wanorde zoiets ingewikkelds als een levende cel kan voortbrengen, biedt Bianconi's werk een mogelijk antwoord. Dezelfde uitdijing die alles uit elkaar lijkt te duwen, kan ook de omstandigheden scheppen voor structuur en leven om te ontstaan.
De studie beweert niet de puzzel te hebben opgelost. Het biedt een wiskundig raamwerk dat kosmische uitdijing, entropie en het ontstaan van complexiteit in één model verenigt. Als het wordt bevestigd, zou dat betekenen dat dezelfde kracht die het heelal uit elkaar drijft, ook ruimte maakt voor orde, en misschien voor leven zelf.
