Nová teorie entropické gravitace vysvětluje, jak vesmír roste ve složitosti bez porušení fyziky

Vědci se dlouhodobě potýkají se zdánlivým paradoxem: jak je možné, že se vesmír od svého vzniku stále více strukturuje a jeho složitost narůstá, zatímco druhý zákon termodynamiky říká, že entropie, tedy míra neuspořádanosti, musí v izolovaném systému neustále růst? Galaxie, hvězdy, planety i živé organismy jsou příkladem uspořádaných struktur, jejichž existence na první pohled tomuto fyzikálnímu principu odporuje. Novou studií, která se snaží tento rozpor objasnit, přišel profesor Ginestra Bianconi z Queen Mary University of London.

Autor studie se zaměřil na vztah mezi gravitací odvozenou z teorie entropie a druhým zákonem termodynamiky. Koncept takzvané entropické gravitace vychází z myšlenky, že gravitace není základní silou v tradičním slova smyslu, ale spíše jevem, který vzniká statisticky z chování entropie na mikroskopické úrovni. Jinými slovy, gravitace by podle tohoto přístupu mohla být důsledkem toho, jak se systém snaží dosáhnout stavu s vyšší entropií, podobně jako to funguje u jiných termodynamických procesů.

Studie se snaží vysvětlit, jak může vesmír nabývat stále větší strukturu a složitost, aniž by porušoval druhý zákon termodynamiky. Klíčovým bodem argumentace je, že růst entropie a vznik uspořádaných struktur nejsou nutně v protikladu. Lokální pokles neuspořádanosti, který pozorujeme například při vzniku galaxií nebo hvězdných soustav, může být kompenzován ještě větším nárůstem entropie v jiné části systému nebo v jeho okolí. Celkový součet entropie ve vesmíru tak i nadále roste, i když se v konkrétních oblastech objevuje řád a struktura.

Profesor Bianconi ve své práci propojuje tento princip s matematickým aparátem entropické gravitace, který umožňuje popsat, jak gravitační interakce mohou přirozeně vést k formování komplexních struktur. Podle autora studie je klíčové pochopit, že gravitace v tomto pojetí není pouze silou přitahující hmotu, ale statistickým projevem tendence systému směřovat k rovnovážnému stavu s maximální entropií. Tento proces se však neděje rovnoměrně a lineárně, ale prostřednictvím dočasných lokálních snížení entropie, které umožňují vznik struktur, jako jsou hvězdy, planetární systémy nebo i podmínky vhodné pro vznik života.

Výzkum tak nabízí teoretický rámec, který spojuje dvě zdánlivě neslučitelné oblasti fyziky – termodynamiku, jež popisuje směřování systémů k neuspořádanosti, a kosmologii, která se zabývá vznikem a vývojem struktur ve vesmíru. Bianconi ve studii ukazuje, že tyto dva pohledy lze sladit, pokud se na gravitaci nahlíží jako na emergentní jev vycházející z entropických principů, nikoli jako na samostatnou fundamentální sílu působící nezávisle na termodynamice.

Práce profesora Bianconiho navazuje na širší diskusi v teoretické fyzice o povaze gravitace, která probíhá již několik desetiletí a která se snaží najít propojení mezi obecnou teorií relativity, kvantovou mechanikou a termodynamikou. Otázka, zda je gravitace fundamentální silou, nebo zda vzniká z hlubších statistických zákonitostí, zůstává jedním z klíčových témat moderní teoretické fyziky. Nová studie z Queen Mary University of London přináší další argumenty ve prospěch druhého přístupu a nabízí matematický rámec, který by mohl pomoci vysvětlit, proč vesmír navzdory neustálému růstu entropie nezů