پایان گرم جهان دقیقاً به چه معناست؟
برخلاف تصور رایج، این اصطلاح بهمعنای دمای صفر مطلق یا یخزدگی ناگهانی نیست. پایانِ گرمِ جهان تنها به این مفهوم است که اختلافِ دما یا گرادیانهای انرژی دیگر نمیتوانند برای انجامِ کارِ مفید بهکار روند. در زبانِ فیزیک، این لحظه زمانی است که کیهان به تعادلِ ترمودینامیکیِ کامل میرسد؛ زمانی که تمامِ انرژی بهطور یکنواخت توزیع شده و هیچ نیروی محرکهای برای حرکت، فعالیت یا استمرارِ حیات باقی نمیماند. وقوع یا عدمِ وقوعِ این پدیده مستقیماً به هندسهٔ وسیعِ فضا-زمان و محتوای آن گره خورده است. اگر انحنای فضا-زمان مسطح یا هذلولوی باشد یا اگر انرژیِ تاریک یک ثابتِ کیهانشناسیِ مثبت محسوب شود، انبساطِ جهان تا زمانِ بینهایت ادامه مییابد و در نهایت، با گذرش از 100 تریلیونسال، به دمایی نزدیک به تعادل میرسد.
آنتروپی: موتورِ فروپاشیِ کیهانی
هستهٔ اصلیِ این فرضیه مستقیماً از ریشههای آنتروپی و اصولِ بنیادینِ ترمودینامیک سرچشمه میگیرد. آنتروپی مفهومی است که اغلب با درجهٔ بینظمی یا تصادفیبودنِ یک سامانه گره خورده است. طبقِ قانونِ دومِ ترمودینامیک، در یک سامانهٔ ایزوله، آنتروپیِ کل هرگز کاهش نمییابد و طبیعت همیشه بهسمتِ افزایشِ بینظمی کوشش میکند. اگر کلِ جهان را یک سامانهٔ ایزوله در نظر بگیریم، سرنوشتِ آن نیز همان روندِ صعودی را طی خواهد کرد.
در این فرآیند، انرژیِ مکانیکی که ما بهصورتِ حرکت و نظم میشناسیم، بهتدریج تجزیه شده و به انرژیِ حرارتی تبدیل میشود. در حالی که قانونِ اولِ ترمودینامیک بر بقایِ انرژی تأکید دارد، قانونِ دوم مسیرِ پراکندگیِ این انرژی را تعیین میکند. بهمرور زمان، انرژی گستردهتر و ناهمگنتر میشود تا به حالتی یکنواخت برسد. همین پراکندگیِ بیامان است که جهان را بهسمتِ پایانِ گرم سوق میدهد. در وضعیتِ نهایی، هیچ گرادیانِ دمایی برای چرخاندنِ چرخههای حیاتی یا شتابِ ماشینهای کیهانی وجود نخواهد داشت و تمامِ فرآیندها به سکوتِ کامل میرسند.
ریشههای تاریخیِ یک نظریهٔ شگفتانگیز
گمانهزنیهای اولیه و مکاتبِ روشنگری
ایدهای که بر سرد شدنِ تدریجیِ اجرامِ کیهانی و ناکارآمد شدنِ آنها برای حمایت از حیات تأکید دارد، نخستینبار در سالِ 1777 توسط ستارهشناسِ فرانسویِ ژان سیلوینِ بیلی مطرح شد. دیدگاهِ او نشان میداد که خورشید، سیارات و ستارگان در حالِ حاضر در مراحلِ مختلفی از خنکشدن قرار دارند. طبقِ این نگاه، زمین در مراحلِ میانی، نپتون در حالتِ یخزده و زهره در دمایِ سوزان قرار دارد و سرنوشتِ نهاییِ همهٔ این اجرام رسیدن به تعادلی است که در آن حرکت و چرخش بهکلی متوقف میشود.
انقلابِ ترمودینامیک و ویرایشهایِ مدرن
بیانِ دقیقترِ پایانِ گرمِ جهان بهعنوانِ پیامدی مستقیم از قوانینِ فیزیک، از دههٔ 1850 میلادی و توسط لردِ کلوین (ویلیامِ تامسون) آغاز شد. کلوین با استناد به محاسباتِ خود دربارهٔ تلفاتِ انرژیِ مکانیکی، پیشبینی کرد که در نهایت تمامِ انرژیِ موجود در کیهان به گرما تبدیل شده و از چرخه خارج خواهد شد. این چشماندازِ علمی در جریانِ قرنِ نوزدهم جایگاهِ محکمی یافت و با پیشرفتهایِ بعدی در کیهانشناسی و مطالعهٔ انرژیِ تاریک، شکلِ امروزیِ خود را بهدست آورد. امروزه مدلهای شبیهسازیشده نشان میدهند که کیهان بهتدریج جای خود را به اقیانوسی از فوتونهای سرد و ذراتِ زیراتمی میدهد؛ تصویری که در آن زمان دیگر معنایِ فیزیکیِ خود را از دست میدهد و تنها سکوت و یکنواختی باقی میماند.
