На цій сторінці фізик Джон Беез пояснює, що буде в довгостроковій перспективі з тілами, які не є достатньо масивними, щоб врізатися в чорні діри, як планети-шахраї та білі карлики, припускаючи, що вони не перетинають шляхи з попередньо існуючими чорними дірами і не будуть поглинені. Коротка відповідь: вони випаруються з причин, не пов'язаних із випромінюванням Хокінга. Це , мабуть , просто термодинамічне справа, імовірно з - за внутрішню теплову енергію тіла періодично викликаючи частки на поверхню випадковим чином отримати досить кінетичну енергію , щоб досягти швидкості відриву і уникнути тел (Вікі статті тут згадує про це , як відомо , як втеча «Джинс '). Ось повна дискусія:
Гаразд, тепер у нас є купа ізольованих чорних карликів, нейтронних зірок і чорних дір разом з атомами і молекулами газу, пиловими частинками і, звичайно, планетами та іншими сировинами, все це дуже близько до абсолютного нуля.
У міру розширення Всесвіту ці речі врешті-решт поширюються до тієї точки, коли кожна з них абсолютно сама на просторі простору.
То що ж буде далі?
101500
Наприклад, все, окрім чорних дір, матиме схильність до «сублімації» або «іонізації», поступово втрачаючи атоми або навіть електрони та протони, незважаючи на низьку температуру. Для конкретності розглянемо іонізацію газу водню - хоча аргумент набагато більш загальний. Якщо ви візьмете коробку з воднем і продовжуєте робити ящик більшим, зберігаючи свою температуру фіксованою, він з часом іонізується. Це відбувається незалежно від того, наскільки низька температура, до тих пір, поки це не абсолютно абсолютний нуль - що заборонено 3-м законом термодинаміки.
Це може здатися дивним, але причина проста: в тепловій рівновазі будь-який матеріал мінімізує свою вільну енергію, E - TS: енергія за мінусом температури, меншою за ентропію. Це означає, що існує конкуренція між прагненням мінімізувати свою енергію та бажаючим максимізувати свою ентропію. Максимізація ентропії стає більш важливою при більш високих температурах; мінімізація енергії стає важливішою при нижчих температурах - але обидва ефекти мають значення, доки температура не дорівнює нулю або нескінченна.
[Я перерву це пояснення, щоб зазначити, що будь-яка повністю ізольована система просто максимально збільшує свою ентропію в довгостроковій перспективі, це не вірно для системи, яка контактує з якоюсь оточуючою системою. Припустимо, ваша система підключена до набагато більшої колекції навколишнього середовища (наприклад, занурення у рідину або навіть море космічного випромінювання фону), і система може торгувати енергією у вигляді тепла з оточенням (що помітно не зміниться температура навколишнього середовища з урахуванням припущення, що навколишнє середовище набагато більше, ніж система, оточення - те, що відоме як тепловий резервуар), але вони не можуть торгувати іншими кількостями, такими як обсяг. Тоді твердження про те, що загальна ентропія системи + оточення повинно бути максимальним, є еквівалентним твердженню, що одна система повинна мінімізувати величину, яка називається своєю "вільною енергією Гельмгольца", про що Баєс говорить в останньому пункті - див. Це відповідь або ця сторінка . І до речі, якщо вони можуть торгувати як енергією, так і обсягом, максимізація загальної ентропії системи + оточення рівнозначна, якщо сказати, що система сама по собі повинна мінімізувати дещо іншу кількість, яку називають своєю вільною енергією Гіббса (що дорівнює вільній енергії Гельмгольца плюс раз зміна тиску в обсязі), см «Ентропія і вільної енергії Гіббса» тут .]
Подумайте, що це означає для нашого ящика водню. З одного боку, іонізований водень має більше енергії, ніж атоми водню або молекули. Це змушує водень хоче злипатися в атомах і молекулах, особливо при низьких температурах. Але з іншого боку, іонізований водень має більше ентропії, оскільки електрони та протони вільніше бродять. І ця ентропійна різниця стає все більшою і більшою, коли ми робимо поле більшим. Тож незалежно від того, наскільки низька температура, доки вона буде вище нуля, водень з часом буде іонізуватися, коли ми продовжуємо розширювати коробку.
(Насправді, це пов'язано з процесом "кипіння", про який я вже згадував: ми можемо використовувати термодинаміку, щоб побачити, що зірки будуть кипіти з галактик, коли вони наближаються до теплової рівноваги, доки щільність галактик буде досить низькою. )
Однак є складність: у Всесвіті, що розширюється, температура не є постійною - вона знижується!
Отже, питання полягає в тому, який ефект виграє в міру розширення Всесвіту: зменшення щільності (що змушує матерію хотіти іонізувати) або зниження температури (через що вона хоче злипатися)?
У короткостроковому періоді це досить складне питання, але в перспективі все може спроститися: якщо Всесвіт розширюється експоненціально завдяки ненульовій космологічній постійній, щільність речовини очевидно виходить на нуль. Але температура не йде до нуля. Він наближається до певної ненульової цінності! Тож усі форми речовини, виготовлені з протонів, нейтронів та електронів, з часом іонізуються!
10- 30
Це дуже холодно, але зважаючи на досить низьку щільність речовини, цієї температури достатньо, щоб врешті-решт іонізувати всі форми речовини з протонів, нейтронів та електронів! Навіть щось велике, як нейтронна зірка, повинно повільно, повільно розсіюватися. (Кора нейтронної зірки не створена з нейтронію: вона в основному виготовлена із заліза.)