Fizikçi John Baez'in bu sayfası , daha önceden kara deliklerle geçip emildiklerini varsayarak, dolandırıcı gezegenler ve beyaz cüceler gibi kara deliklere çökecek kadar büyük olmayan bedenlere uzun vadede ne olacağını açıklıyor. Kısa cevap: Hawking radyasyonuyla ilgisiz nedenlerden dolayı buharlaşacaklar. Bu muhtemelen nedeniyle vücut periyodik rastgele kaçış hızına ulaşmak ve vücudu kaçmak için yeterli kinetik enerjiyi elde etmek için yüzey üzerinde parçacıkların neden iç ısı enerjisine, görünüşe göre sadece termodinamik meselesi (wiki'sini burada bu 'Jeans kaçış olarak bilinir bahseder '). İşte tam tartışma:
Tamam, şimdi atomlar ve moleküller gaz, toz parçacıkları ve tabii ki gezegenler ve diğer kabuklarla birlikte bir sürü yalıtılmış siyah cüceler, nötron yıldızları var ve hepsi mutlak sıfıra çok yakın.
Evren genişledikçe, bu şeyler sonunda uzayın genişliğinde her birinin tamamen yalnız olduğu noktaya yayılır.
Peki sonra ne olacak?
Herkes, kuantum tünelleme sayesinde her şeyin nihayetinde demire dönüştüğü hakkında konuşmayı sever, çünkü demir en az bağlayıcı enerjiye sahip çekirdektir, ancak şimdiye kadar tarif ettiğim süreçlerin aksine, bu aslında biraz zaman alır. Kesin olmak gerekirse, yaklaşık yıl. (Pekala, çok kesin değil!) Bu nedenle, bu gerçekleşme şansı elde etmeden çok önce proton çürümesinin veya başka bir şeyin olması muhtemeldir.101500
Örneğin, karadelikler dışındaki her şey, düşük sıcaklığa rağmen, yavaş yavaş atomları, hatta elektronları ve protonları kaybederek "yüceltme" veya "iyonize etme" eğilimindedir. Sadece spesifik olmak gerekirse, argüman çok daha genel olmasına rağmen, hidrojen gazının iyonizasyonunu düşünelim. Bir kutu hidrojen alır ve sıcaklığını sabit tutarken kutuyu büyütmeye devam ederseniz, sonunda iyonlaşır. Bu, sıcaklık ne kadar düşük olursa olsun, tam olarak mutlak sıfır olmadığı sürece - ki bu da termodinamiğin 3. yasası tarafından yasaklanmıştır.
Bu tuhaf görünebilir, ancak nedeni basittir: termal dengede her türlü malzeme serbest enerjisini en aza indirir, E - TS: enerji eksi sıcaklık entropinin çarpı. Bu, enerjisini en aza indirmek ve entropisini en üst düzeye çıkarmak istemek arasında bir rekabet olduğu anlamına gelir. Entropinin en üst düzeye çıkarılması yüksek sıcaklıklarda daha önemli hale gelir; enerjinin en aza indirilmesi düşük sıcaklıklarda daha önemli hale gelir - ancak sıcaklık sıfır veya sonsuz olmadığı sürece her iki etki de önemlidir.
[Tamamen izole edilmiş herhangi bir sistemin uzun vadede entropisini en üst düzeye çıkardığını belirtmek için bu açıklamayı keseceğim, bu bazı çevre sistemlerle temas halinde olan bir sistem için geçerli değildir. Sisteminizin çok daha büyük bir çevre koleksiyonuna (bir sıvıya, hatta kozmik arka plan radyasyon denizine daldırılmış gibi) bağlı olduğunu ve sistemin çevreyle ısı biçiminde enerji ticareti yapabileceğini varsayalım (bu önemli ölçüde değişmeyecek) ortamın sistemden çok daha büyük olduğu varsayımı göz önüne alındığında ortamın sıcaklığı, ortam bir termal rezervuar olarak bilinen şeydir), ancak hacim gibi diğer miktarlarda işlem yapamazlar. Bkz - O sistemi + çevresinin toplam entropi maksimize edilmesi gerektiğini beyan sistemi tek başına bir miktar nedir Baez bu son paragrafta bahsediyor olan onun "Helmholtz serbest enerjisi" olarak adlandırılan en aza gerektiğini açıklamaya eşdeğerdir bu cevap veya bu sayfa . Ve bu arada, onlar enerjiyi hem ticaret yapabilirsiniz eğer ve toplam sistemi + çevresi Entropiyi Helmholtz serbest enerji eşittir hangi (biraz farklı bir miktar onun "Gibbs serbest enerjisi" olarak adlandırılan en aza gerekir kendi başına sistemini söyleyerek eşdeğerdir maksimize hacmi artı basınç süreleri, "Entropi ve Gibbs serbest enerjisi" bölümüne bakınız) hacminde değişiklik burada .]
Bunun hidrojen kutumuz için ne anlama geldiğini düşünün. Bir yandan, iyonize hidrojen, hidrojen atomlarından veya moleküllerinden daha fazla enerjiye sahiptir. Bu, hidrojenin özellikle düşük sıcaklıklarda atomlarda ve moleküllerde birbirine yapışmasını istemektedir. Ancak diğer taraftan, iyonize hidrojen daha fazla entropiye sahiptir, çünkü elektronlar ve protonlar dolaşmak için daha serbesttir. Ve bu entropi farkı, kutuyu büyüttüğümüz için daha da büyüyor. Sıcaklık ne kadar düşük olursa olsun, sıfırın üzerinde olduğu sürece, hidrojen kutuyu genişletmeye devam ettiğimizde sonunda iyonlaşır.
(Aslında bu, daha önce bahsettiğim "kaynama" süreci ile ilgilidir: termodinamiği kullanarak, galaksilerin yoğunluğu yeterince düşük olduğu sürece yıldızların termal dengeye yaklaştıklarında galaksileri kaynatacağını görmek için termodinamiği kullanabiliriz. )
Bununla birlikte, bir komplikasyon var: genişleyen evrende sıcaklık sabit değil - azalır!
Öyleyse soru, evren genişledikçe hangi etkinin kazanacağıdır: azalan yoğunluk (maddenin iyonlaşmasını istemektedir) veya azalan sıcaklık (birbirine yapışmasını istemektedir)?
Kısa vadede bu oldukça karmaşık bir sorudur, ancak uzun vadede işler basitleşebilir: eğer evren sıfır olmayan bir kozmolojik sabit sayesinde katlanarak genişliyorsa, maddenin yoğunluğu açıkça sıfıra gider. Ancak sıcaklık sıfıra gitmez. Belirli bir sıfır olmayan değere yaklaşır! Böylece protonlardan, nötronlardan ve elektronlardan yapılan tüm madde formları sonunda iyonlaşır!
Sıcaklık neden belirli bir sıfır olmayan değere yaklaşıyor ve bu değer nedir? Genişlemesi hızlanan bir evrende, serbestçe düşen her gözlemci çifti sonunda birbirini göremez, çünkü gözden kaybolurlar. Bu etki bir karadeliğin ufkuna çok benzer - buna "kozmolojik ufuk" denir. Ve bir karadeliğin ufku gibi, kozmolojik bir ufuk da belirli bir sıcaklıkta termal radyasyon yayar. Bu radyasyona Hawking radyasyonu denir. Sıcaklığı kozmolojik sabitin değerine bağlıdır. Kozmolojik sabitte kaba bir tahmin yaparsak, elde ettiğimiz sıcaklık yaklaşık Kelvin'dir.10- 30
Bu çok soğuktur, ancak yeterince düşük bir madde yoğunluğu göz önüne alındığında, bu sıcaklık sonunda protonlardan, nötronlardan ve elektronlardan yapılmış her türlü maddeyi iyonize etmek için yeterlidir! Bir nötron yıldızı gibi büyük bir şey bile yavaşça, yavaşça dağılmalıdır. (Bir nötron yıldızının kabuğu nötronyumdan yapılmaz: esas olarak demirden yapılır.)