KEMATIAN PANAS
The Heat Death of the Universe.
Kematian panas alam semesta adalah gagasan tentang nasib akhir alam semesta di mana alam semesta telah berevolusi menjadi keadaan tanpa energi bebas termodinamika dan karenanya tidak dapat lagi mempertahankan proses yang meningkatkan entropi. Kematian panas tidak menyiratkan suhu absolut tertentu; itu hanya mensyaratkan bahwa perbedaan suhu atau proses lain mungkin tidak lagi dieksploitasi untuk melakukan pekerjaan. Dalam bahasa fisika, ini adalah saat alam semesta mencapai kesetimbangan termodinamika (entropi maksimum).
Jika topologi alam semesta terbuka atau datar, atau jika energi gelap adalah konstanta kosmologis positif (keduanya konsisten dengan data saat ini), alam semesta akan terus berkembang selamanya, dan kematian panas diperkirakan akan terjadi, dengan alam semesta yang mendingin mendekati kesetimbangan pada suhu yang sangat rendah setelah periode waktu yang sangat lama.
Hipotesa kematian akibat panas berasal dari gagasan William Thomson, Baron Kelvin (Lord Kelvin) ke-1, yang pada tahun 1850-an mengambil teori panas sebagai kehilangan energi mekanik di alam (seperti yang termaktub dalam dua hukum termodinamika pertama) dan mengekstrapolasinya untuk proses yang lebih besar pada skala universal.
Asal usul gagasan
Gagasan tentang kematian akibat panas berasal dari hukum kedua termodinamika, yang satu versi menyatakan bahwa entropi cenderung meningkat dalam sistem yang terisolasi. Dari ini, hipotesis menyimpulkan bahwa jika alam semesta bertahan untuk waktu yang cukup, ia akan secara asimptotik mendekati suatu keadaan di mana semua energi didistribusikan secara merata. Dengan kata lain, menurut hipotesis ini, ada kecenderungan di alam untuk disipasi (transformasi energi) energi mekanik (gerak) menjadi energi termal; maka dari itu, dengan ekstrapolasi, ada pandangan bahwa, pada waktunya, gerakan mekanis alam semesta akan menurun ketika pekerjaan diubah menjadi panas karena hukum kedua.
Dugaan bahwa semua benda di alam semesta mendingin, akhirnya menjadi terlalu dingin untuk mendukung kehidupan, tampaknya pertama kali dikemukakan oleh astronom Prancis Jean Sylvain Bailly pada 1777 dalam tulisannya tentang sejarah astronomi dan dalam korespondensi berikutnya dengan Voltaire . Dalam pandangan Bailly, semua planet memiliki panas internal dan sekarang berada pada tahap pendinginan tertentu. Jupiter, misalnya, masih terlalu panas bagi kehidupan untuk muncul di sana selama ribuan tahun, sementara Bulan sudah terlalu dingin. Keadaan akhir, dalam pandangan ini, digambarkan sebagai salah satu "keseimbangan" di mana semua gerak berhenti.
Gagasan kematian panas sebagai konsekuensi dari hukum termodinamika, bagaimanapun, pertama kali diusulkan secara longgar mulai tahun 1851 oleh William Thomson, yang berteori lebih lanjut tentang pandangan kehilangan energi mekanik Sadi Carnot (1824), James Joule (1843) , dan Rudolf Clausius (1850). Pandangan Thomson kemudian dielaborasi secara lebih definitif selama dekade berikutnya oleh Hermann von Helmholtz dan William Rankine.
Sejarah
Gagasan kematian panas alam semesta berasal dari diskusi tentang penerapan dua hukum termodinamika pertama pada proses universal. Secara khusus, pada tahun 1851, William Thomson menguraikan pandangan tersebut, yang didasarkan pada percobaan baru-baru ini tentang teori panas dinamis: "panas bukanlah suatu zat, tetapi bentuk dinamis dari efek mekanis, kami melihat bahwa harus ada kesetaraan antara kerja mekanik dan panas, seperti antara sebab dan akibat. "
Lord Kelvin mengawali gagasan kematian panas universal pada 1852.
Pada tahun 1852, Thomson menerbitkan On a Universal Tendency in Nature terhadap Disipasi Energi Mekanik, di mana ia menguraikan dasar-dasar hukum kedua termodinamika yang dirangkum oleh pandangan bahwa gerak mekanis dan energi yang digunakan untuk menciptakan gerakan itu secara alami cenderung akan menghilang. atau lari ke bawah Gagasan-gagasan dalam makalah ini, sehubungan dengan penerapannya pada zaman Matahari dan dinamika operasi universal, menarik minat orang-orang seperti William Rankine dan Hermann von Helmholtz. Mereka bertiga dikatakan telah bertukar gagasan tentang hal ini. Pada tahun 1862, Thomson menerbitkan "Pada zaman panas Matahari", sebuah artikel di mana ia menegaskan kembali keyakinan fundamentalnya pada energi yang tidak dapat dihancurkan (hukum pertama) dan disipasi energi universal (hukum kedua), yang mengarah ke difusi panas, berhentinya gerak yang berguna (kerja), dan kehabisan energi potensial melalui alam semesta material, sambil mengklarifikasi pandangannya tentang konsekuensi bagi alam semesta secara keseluruhan. Dalam paragraf utama, Thomson menulis:
Hasilnya pasti akan menjadi keadaan istirahat dan mati universal, jika alam semesta terbatas dan dibiarkan mematuhi hukum yang ada. Tetapi tidak mungkin untuk memahami batas sejauh mana materi di alam semesta; dan karena itu, sains menunjuk pada suatu kemajuan tanpa akhir, melalui ruang tanpa akhir, dari aksi yang melibatkan transformasi energi potensial menjadi gerak yang dapat diraba dan karenanya menjadi panas, dari pada mekanisme terbatas tunggal, mengalir turun seperti jam, dan berhenti untuk selamanya.
Pada tahun-tahun berikutnya untuk mengikuti makalah Thomson 1852 dan 1865, Helmholtz dan Rankine sama-sama menghargai gagasan Thomson, tetapi membaca lebih jauh ke dalam makalahnya dengan menerbitkan pandangan yang menyatakan bahwa Thomson berpendapat bahwa alam semesta akan berakhir dengan "kematian panas" (Helmholtz) yang akan menjadi "akhir dari semua fenomena fisik" (Rankine).
Status terkini
Proposal tentang keadaan akhir alam semesta bergantung pada asumsi yang dibuat tentang nasib akhirnya, dan asumsi-asumsi ini sangat bervariasi pada akhir abad ke-20 dan awal abad ke-21. Dalam alam semesta "terbuka" atau "datar" yang dihipotesiskan terus berkembang tanpa batas, baik kematian akibat panas atau Big Rip diperkirakan pada akhirnya akan terjadi. Jika konstanta kosmologis adalah nol, alam semesta akan mendekati suhu nol absolut dalam skala waktu yang sangat lama. Namun, jika konstanta kosmologis positif, seperti yang terlihat dalam pengamatan baru-baru ini, suhunya akan menunjukkan nilai positif nol, dan alam semesta akan mendekati keadaan entropi maksimum.
Jika Big Rip tidak terjadi jauh sebelum itu, situasi "kematian panas" dapat dihindari jika ada metode atau mekanisme untuk meregenerasi atom hidrogen dari radiasi, materi gelap, energi gelap, energi titik-nol, atau sumber lain sehingga pembentukan bintang dan transfer panas dapat terus menghindari kehancuran bertahap alam semesta karena konversi materi menjadi energi dan unsur-unsur yang lebih berat dalam proses bintang dan penyerapan materi oleh lubang hitam dan penguapan berikutnya sebagai radiasi Hawking.
Kerangka waktu untuk kematian karena panas
Dari Big Bang hingga saat ini, materi dan materi gelap di alam semesta diperkirakan terkonsentrasi di bintang, galaksi, dan gugusan galaksi, dan diperkirakan terus berlanjut hingga masa depan. Oleh karena itu, alam semesta tidak berada dalam kesetimbangan termodinamika, dan benda dapat melakukan pekerjaan fisik. Waktu peluruhan untuk lubang hitam supermasif sekitar 1 galaksi (1011 massa matahari) akibat radiasi Hawking berada di urutan 10100 tahun, sehingga entropi dapat diproduksi sampai setidaknya pada waktu itu. Beberapa lubang hitam monster di alam semesta diperkirakan akan terus tumbuh hingga mungkin 1014 M selama jatuhnya superclusters galaksi. Bahkan ini akan menguap dalam skala waktu hingga 10106 tahun. Setelah waktu itu, alam semesta memasuki apa yang disebut Era Gelap dan diperkirakan terutama terdiri dari gas encer foton dan lepton. Dengan hanya sisa materi yang sangat tersebar, aktivitas di alam semesta akan berkurang secara dramatis, dengan tingkat energi yang sangat rendah dan rentang waktu yang sangat panjang. Secara spekulatif, adalah mungkin bahwa alam semesta dapat memasuki zaman inflasi kedua, atau dengan asumsi bahwa keadaan vakum saat ini adalah kekosongan palsu, kekosongan dapat membusuk menjadi keadaan energi lebih rendah. Ada juga kemungkinan bahwa produksi entropi akan berhenti dan alam semesta akan mencapai kematian panas. Alam semesta lain mungkin dapat diciptakan oleh fluktuasi kuantum acak atau penerowongan kuantum dalam kira-kira {\ displaystyle 10 ^ {10 ^ {10 ^ {56}}}} 10 ^ {10 ^ {10 ^ {56}}} tahun. waktu, penurunan entropi spontan akhirnya akan terjadi melalui teorema perulangan Poincaré, fluktuasi termal, dan teorema fluktuasi. Skenario seperti itu, bagaimanapun, telah digambarkan sebagai "sangat spekulatif, mungkin salah, dan sama sekali tidak dapat diuji" Sean M. Carroll, awalnya seorang penganjur ide ini, tidak lagi mendukung.
