Per completar l’article anterior “Somiem que somiem?”, ara toca parlar de probabilitat i entropia.
Per entendre aquest concepte d’entropia, ens ajuda molt entendre també les probabilitats, perquè estan íntimament lligats. Les coses ordenades són molt més difícils de trobar i si comptem amb l’atzar, encara menys. Per això, un estat ordenat és pràcticament únic, mentre que tots els estats de desordre que poden existir, són molts més.
Si barregem cartes a l’atzar, la probabilitat que quedin ordenades de l’as al rei, és ínfima. Amb una baralla de 52 cartes, tindríem 52! combinacions, que vol dir 52 x 51 x 50 x … x 3 x 2 x 1 i dona la xifra inimaginable de: (1067) de la qual només hi ha una possibilitat de tenir les cartes endreçades. És a dir, si el món funcionés de manera que cada cop que barregem les cartes ha de sortir una combinació diferent i ho féssim cada segon des del Big Bang fins avui, encara no hauríem arribat mai a l’ordre perfecte amb gran seguretat.
Per tant, allò que l’entropia és desordre, no és exactament així. És cert que l’ordre és possible, però és tan improbable que, per efectes pràctics, qualsevol sistema evoluciona cap al desordre.
Per això la segona llei de la termodinàmica diu que l’entropia tendeix a augmentar: no és que no pugui disminuir mai, sinó que és extraordinàriament improbable que ho faci.
El cervell de Boltzmann
Ludwig Boltzmann (1844-1906), un dels pares de l’estadística, va proposar que l’univers podria ser una fluctuació aleatòria dins del caos. És a dir, de tant en tant poden aparèixer fluctuacions improbables que generin un sistema ordenat (com el nostre univers observable), perquè si l’univers fos infinit en el temps i l’espai, amb prou temps tot allò possible acaba succeint.
Aquesta és justament la idea darrere de Boltzmann: amb temps infinit, una fluctuació pot generar el que vulguis —un univers o un cervell de Boltzmann.
La fletxa del temps
Sabem que la segona llei de la termodinàmica diu que l’entropia global tendeix a augmentar. Aquest augment és el responsable de la fletxa del temps: sabem què és passat i què és futur perquè el passat té menor entropia i el futur major entropia.
Si el nostre univers és fruit d’una fluctuació, com diu Boltzmann, el més probable és que seria una fluctuació mínima (un cervell amb records falsos) i no un univers gegant amb una llarga història d’entropia creixent.
Però veiem un cosmos immens amb una història coherent, des del Big Bang a les galàxies i la vida. Per tant, molts físics consideren que el “cervell de Boltzmann” és un paradoxa reductio ad absurdum, que vol dir que si la teva teoria condueix a un univers on la majoria de consciències són falses (l’absurd), potser la teoria està malament.
Això ens duu a pensar que el Big Bang no era un caos total, sinó un estat molt uniforme, amb densitat i temperatura gairebé iguals a tot arreu, cosa paradoxal, perquè un estat uniforme té entropia baixa comparat amb altres configuracions molt més probables, com un univers amb galàxies i forats negres barrejats des del principi.
El físic Roger Penrose va calcular que la probabilitat que el nostre univers comencés amb aquest nivell d’ordre és una xifra inimaginablement petita:
Per què “havia d’explotar”?
Un estat tan ordenat és “inestable” davant la segona llei de la termodinàmica. Si tenim una situació d’ordre extrem (baixa entropia), el més natural és que evolucioni cap a estats de més desordre i el Big Bang seria precisament això: el començament d’una evolució inevitable cap a més entropia (galàxies, estrelles, vida, mort tèrmica).
El buit no pot ser buit del tot
En física quàntica, el buit no és “res” sinó l’estat d’energia més baixa possible del camp. Sempre hi ha fluctuacions de partícules virtuals que apareixen i desapareixen. Això reforça la idea que un “no-res absolut” potser és impossible. El que anomenem buit és més aviat un camp bullent d’energia quàntica. En certs models i mesures, pot aparèixer una nova fluctuació creadora d’un nou ordre universal.