Hay que hablar de dos temas: la gravitación que actúa dentro del universo (formación de estrellas, sistemas solares, galaxias y cosas así) y la cosmología de todo el universo.
La primera es más fácil. Cuando una nube se colapsa por su propia gravitación, la entropía neta aumenta. He aquí una cita de la página 377 de "Thermodynamics, a complete undergraduate course" (Steane, OUP 2018)
"Para una temperatura inicial lo suficientemente baja, la nube autogravitatoria no puede ser estable porque cuando una parte determinada de toda la nube pierde energía, esa parte se calienta y se encoge, mientras que otra parte gana energía, se enfría y se expande. La diferencia de temperatura se ve ahora aumentada, por lo que el proceso continúa. El resultado neto es que las fluctuaciones de densidad o temperatura en la nube crecen, y todo el proceso se denomina condensación . Las partes que se encogen pierden entropía, mientras que las partes que se expanden ganan entropía, y hay un aumento neto de entropía porque, como es habitual, la dirección del flujo de calor en cualquier momento es tal que lo garantiza. No hay ninguna violación de la Segunda Ley. Al contrario: la Segunda Ley se cumple plenamente, como en toda la física".
Si le desconcierta la afirmación "gana energía, se enfría", debe recordar que también hay energía potencial.
Pasemos ahora a la cuestión cosmológica más amplia sobre la que ha preguntado. En los últimos cincuenta años han surgido de vez en cuando, en la comunidad de la física teórica, afirmaciones en el sentido de que el tiempo se invertiría si el universo se recontrajera, y así la entropía disminuiría. Estas afirmaciones se basan en los intentos de pensar en lo que la relatividad general tiene que decir sobre el movimiento de las partículas. Sin embargo, se puede decir que esas afirmaciones nunca se han establecido realmente y la mayor parte de la comunidad física las ha encontrado poco convincentes. Ciertamente, la teoría cuántica de campos no cambiaría si el factor de escala cosmológico se redujera en lugar de aumentar. Toda la física seguiría como hasta ahora. Así que no hay ninguna razón de peso para pensar que la entropía disminuiría.
La conclusión de lo anterior es que un gran crujido tendría alta entropía y no baja entropía.
El universo primitivo, por el contrario, tenía una baja entropía. Podemos decir esto porque todos los procesos que hemos descubierto son procesos que aumentan la entropía. Por lo tanto, la entropía en los primeros tiempos debe haber sido menor de lo que es ahora. Y esto es, además, una afirmación fuerte: la entropía era mucho más pequeña. Para intentar hacerse una idea de lo que significa decir esto, se puede intentar imaginar el espacio de estados del cosmos. Entonces la afirmación es que la situación física ocupaba, en los primeros tiempos, un volumen minúsculo dentro de este espacio de estados. Sin embargo, admito que personalmente no estoy del todo seguro de cómo se puede confiar en el propio razonamiento aquí. El mensaje principal es que no es cierto decir que el estado primitivo era simplemente amorfo; tales afirmaciones ignoran la gran cantidad de estructura que reside en la configuración de los campos cuánticos en tiempos muy tempranos, y más tarde en el plasma caliente. El hecho mismo de que el plasma fuera muy uniforme (sin serlo del todo) es lo que demuestra que su entropía era baja. Esto parece sorprendente si se piensa en él como en un gas ideal, pero debido a la autogravedad esa imagen es muy engañoso.
