מות החום של היקום הוא רעיון תאורטי העוסק בגורל היקום, לפיו היקום יגיע לסיומו במצב בו הוא יהיה קרוב לשיווי-משקל תרמודינמי.
כלומר, כאשר רמת האנרגיה החופשית תגיע לרמה מספיק נמוכה, כך שלא יתאפשר יישום תהליכים ספונטניים או תהליכים צורכי אנרגיה. כמובן, גם חיים לא ייתכנו במצב כזה. תיאוריה זו מתבססת על תרמודינמיקה.
רעיון זה תואר לראשונה בעבודתו של ויליאם תומסון, בשנות ה-50 של המאה ה-19. בנוסף, רעיון זה הוא הנושא המרכזי בסיפורו הקצר של אייזק אסימוב, השאלה האחרונה.
מוות-החום אליו צופים שהיקום יגיע הוא למעשה שיווי-משקל תרמודינמי. זה שקול למינימום של האנרגיה החופשית, או המקסימום של האנטרופיה (מתוך החוק השני של התרמודינמיקה – עקרון גידול האנטרופיה).
על-מנת להבין את התהליך שעל-פי מודל זה צפוי לעבור היקום, נבחן מערכות מקרוסקופיות שונות במצב של מוות-חום:
באופן כללי, מתוך שלוש הדוגמאות הללו, ניתן להבין מהי המשמעות של מוות-חום: "שיתוק" מוחלט של המערכת עקב הגעתה למצב שיווי-משקל. "שיתוק" משמעו שלא מתקיימות תגובות כימיות במערכת (שכן משיקולים אנרגטיים, כל התגובות המשתלמות אנרגטית כבר התרחשו). כמו כן, הטמפרטורה נמצאת בשיווי-משקל. כך, למעשה, אנו מבינים כי מצב שיווי-משקל שקול לאנרגיה חופשית מינימלית, כלומר, לאנטרופיה מרבית.
ההכללה של תוצאות אלו לכל היקום אמנם קשה תפיסתית, אך באופן עקרוני ניתן לדמיין איך יראה היקום במצב של מוות-חום. נשים לב כי מוות-חום ושיווי-משקל הם שני רעיונות זהים, המבוטאים בדרך שונה – בעוד שיווי-משקל מדבר על הגעה למצב המסתבר ביותר (הגדרה סטטיסטית), מוות-חום מדבר על הגעה למצב שבו אמנם ייתכן וקיימת אנרגיה חופשית במערכת, אך היא קטנה מכדי שיוכלו להתבצע בה תהליכים (הגדרה תרמודינמית).
תומסון הכליל את שני החוקים הראשונים של התרמודינמיקה לכל היקום (נכונות המודל נתונה לוויכוח, ראו בפרק "טענות החולקות על רעיון זה"). הנחות המודל הן:
שילוב שתי ההנחות הללו, שקול לחוק השני של התרמודינמיקה, עבור היקום כולו. לכן, נובעת המסקנה כי האנטרופיה תמשיך לגדול עד שתגיע לערכה המרבי, וכאשר תגיע לערכה המרבי (למצב שיווי-המשקל, או ליתר דיוק – לכל מצבי שיווי-המשקל, לפי הנחת הארגודיות, שכן קיים ניוון של המצבים הללו), נקבל את מוות-החום המדובר. רעיון זה מתואר באופן מפורט בין היתר בעבודתו של צ'ארלס ליינווייבר (Charles H. Lineweaver). נשים לב כי הרעיון של חץ הזמן מבוסס על עיקרון זהה, ומוביל אותנו למסקנה זהה.
נבהיר כי מוות-חום אינו מצריך הגעה לטמפרטורה מסוימת, אלא רק הגעה למצב שיווי-משקל תרמודינמי, או מצב שמספיק קרוב אליו (מצב בו הפרשי הטמפרטורה, או הבדלים אחרים באנרגיה, קטנים מכדי שתהיה האפשרות לבצע עבודה). דוגמה פשוטה המבהירה את העיקרון הזה היא תה בתרמוס (המשמש כמבודד של התה) – גם תה חם וגם תה קר נמצאים בו בשיווי-משקל. כלומר, המשקה נמצא בו במצב שיווי-משקל, ללא קשר לטמפרטורה שלו. נכליל דוגמה זאת לכל מערכת מבודדת, ובכך גם ליקום (תחת הנחה 1).
בהינתן מודל זה, היקום, בעוד פרק זמן סופי, יגיע למצב של מוות-חום. לכן, ניתן להסיק שזמן החיים של היקום סופי. כלומר, לא רק שהזמן שנותר ליקום עד שיגיע למצב של מוות-חום הוא סופי, אלא גם שפרק הזמן שעבר מראשית היקום (בתצורתו המוכרת) ועד עכשיו – גם הוא סופי.
על-מנת לקבל פרופורציה באשר לפרקי הזמן שלוקח למערכות להגיע לשיווי-משקל באופן טבעי, נבחן כמה דוגמאות:
נשים לב כי אלו הן מערכות זניחות מאוד ביחס ליקום. לכן, גם פרקי-הזמן המתוארים הם זניחים ביחס לפרק הזמן שנדרש ליקום להגיע למוות-חום. לפי הערכות שונות, ביקום יש כ- כוכבים (מספר זה, לשם אינטואיציה, דומה בסדר-הגודל למספר אבוגדרו). חישובים שונים שנעשו נותנים סדרי גודל עבור הזמן שלוקח למערכות בסדר-גודל גלקטי להגיע למצב של מוות-חום (נתונים נוספים מרוכזים בעמוד הבא ובספר הבא):
ישנן טענות המתעמתות עם הנחות המודל הפיזיקלי שצוינו לעיל. אין מחלוקת באשר לכך שמן ההנחות הללו נובעת התחזית של מוות-החום של היקום, אלא יש מחלוקת עם ההנחות עצמן. כלומר, במידה והטענות המנוגדות להנחות הללו הן נכונות, הן שומטות את הבסיס התאורטי תחת הרעיון של הגעת היקום למצב של מוות-החום.
יש הטוענים כי היקום אינו מערכת מבודדת. לטענה זו שני מישורים:
יש הטוענים כי לא מתקיים עקרון גידול האנטרופיה ביקום. גם לטענה זו שני מישורים:
This article uses material from the Wikipedia עברית article מות החום של היקום, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). התוכן זמין לפי תנאי CC BY-SA 4.0 אלא אם כן נאמר אחרת. Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki עברית (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.