Abychom si mohli objasnit, že rostoucí entropie vesmíru a jeho klesající teplota nejsou ve sporu, musíme začít tím, že si nejprve objasníme význam obou veličin. Začněme entropií.

Entropie je veličina, která souvisí s počtem mikrostavů, které mohou realizovat daný makrostav [1]. Tato definice zní hrozně, proto si ji přibližme na příkladě. Představme si balíček 52 karet, které se používají při pokeru. Každý hráč dostane pětici karet. Tak například můžeme dostat křížovou desítku, kluka, královnu, krále a eso. Této kombinaci se říká královská postupka a představuje makrostav, kterému odpovídají celkem čtyři mikrostavy, jelikož máme čtyři barvy karet (kříže, káry, srdce a piky). Dalším výherním makrostavem v pokeru je jeden pár, ve kterém mají přesně dvě karty stejnou hodnotu, ale rozdílnou barvu, například kárová a piková pětka, a zbylé tři karty mají libovolnou barvu a hodnotu vyjma pětky. To ale znamená, že máme ohromné množství kombinací (mikrostavů) pěti karet, které odpovídají situaci jeden pár (makrostav). S pomocí pravidel kombinatoriky určíme, že makrostav jeden pár je možné realizovat 1 098 240 různých mikrostavů (kombinací pěti karet).

Porovnáme-li obrovský rozdíl počtu mikrostavů mezi královskou postupkou a jedním párem, nemělo by nás překvapit, že je daleko pravděpodobnější, že při náhodném rozdání karet častěji dostaneme jeden pár než královskou postupku. Jelikož entropie roste s počtem mikrostavů, které odpovídají danému makrostavu, odpovídá jeden pár makrostavu s vyšší entropií než královská postupka s velmi malou entropií. Také si všimněme toho, že pětice karet je v královské postupce více uspořádána neboli nemůžeme mít libovolné karty, ale přesně danou pětici o jedné barvě. Naproti tomu jeden pár odpovídá poměrně neuspořádané pětici. To je důvod, proč je entropie často spojována s chaosem nebo neuspořádaností.

Předešlý příklad ukazuje základní princip, kterým se řídí všechno ve vesmíru. Když jsme obeznámeni s matematickou podstatou entropie, zkusme jiný příklad – vajíčko. Vajíčko je poměrně uspořádaný systém, a proto je spojeno s velmi malým počtem mikrostavů, které vedou k makrostavu vajíčko. To proto, že existuje jen jeden mikrostav skořápek, který složí neporušené vajíčko. Když ale vajíčko spadne a rozbije se, existuje velké množství mikrostavů – rozbitých skořápek, které mohou realizovat daný makrostav rozbitého vajíčka. Děj vajíčko – rozbité vajíčko je tedy spojen s nárůstem entropie, tak jak říká druhý termodynamický zákon.

To samé platí o celém vesmíru, ve kterém samovolně probíhají děje, které vedou k růstu entropie neboli neuspořádanosti systému, nebo přesněji děje, při kterých roste počet mikrostavů realizujících daný makrostav. Takovými samovolnými ději mohou být exploze hvězd nebo srážky planetek. To v důsledku vede k neustálému zvyšování entropie. Nepříjemným důsledkem je, že vesmír se tak stává více stejnorodým, stejně jako se různé kombinace pěti karet při jednom páru od sebe zas až tak neliší narozdíl od situace, kdy pětice tvoří královskou postupku. Proto neustálý růst entropie vesmíru v daleké budoucnosti pravděpodobně povede k tomu, co bývá označováno jako entropická smrt [2].

Teplota vesmíru se měří pomocí tzv. reliktního záření (anglicky Cosmic Microwave Background, CMB) [3], které vzniklo při Velkém třesku. Teplota se pak odvodí pomocí vzorečků pro model absolutně černého tělesa, které by vyzařovalo stejné záření. Problém je, že vesmír se neustále rozpíná, což vede k tomu, že při pozorování tohoto záření ze Země dochází k jeho rudému posuvu v důsledku Dopplerova jevu. Rudý posuv znamená, že záření nese méně energie, a tak odpovídá černému tělesu s nižší teplotou. Proto je snižující se teplota vesmíru v souladu s jeho rozpínáním [4].

Když spojíme poznatky o entropii a teplotě vesmíru dohromady, dostaneme následující. Vesmír se rozpíná, což se projevuje snižující se teplotou. Současně v rozpínajícím se vesmíru neustále narůstá entropie, což souvisí s tím, že ve větším vesmíru je možné realizovat větší počet mikrostavů odpovídající danému makrostavu, tedy vesmíru tak, jak ho pozorujeme. To ve výsledku znamená, že rostoucí entropie a klesající teplota našeho vesmíru nejsou ve sporu, ale jsou v souladu s tím, že vesmír se narodil ve stavu s nízkou entropií a od svého vzniku se neustále rozpíná. I přes všechny poznatky moderní vědy zůstává stále záhadou jedna věc, a to: proč vesmír vznikl ve stavu o nízké entropii. A je dost možné, že důvod, proč se tak stalo, se nikdy nedozvíme.

Pro Zeptej se vědce odpovídal Vítek