¿Es la expansión acelerada del universo consistente con la conservación de la energía? [duplicar]

Citando el artículo de Sean Carrol vinculado por Симон Тыран, que argumenta que la energía no se conserva:

Dicho todo esto, sería una irresponsabilidad por mi parte no mencionar que muchos expertos en cosmología o GR no lo expresarían en estos términos. Todos estamos de acuerdo en la ciencia; solo hay puntos de vista divergentes sobre qué palabras adjuntar a la ciencia. En particular, mucha gente querría decir "la energía se conserva en la relatividad general, solo que tienes que incluir la energía del campo gravitacional junto con la energía de la materia y la radiación, etc." Lo que parece bastante sensato a primera vista.

Además,

hay energía en el campo gravitatorio, pero es negativa, por lo que anula exactamente la energía que crees que se gana en los campos de materia

Sin embargo,

no existe tal cosa como la densidad de la energía gravitatoria

La relatividad general no hace distinción entre la gravedad y la inercia, y la energía gravitacional es como el potencial centrífugo: es necesario que se mantenga la conservación de la energía, pero se puede hacer que desaparezca (al menos en un punto) en marcos de referencia particulares y, por lo tanto, no viene con una densidad de energía asociada.

Para la cosmología de Friedmann, el balance de energía viene dado básicamente por la primera ecuación de Friedmann

$$\left( \frac {\dot a}a \right)^2 = \frac 13 \left( 8\pi\rho + \Lambda \right)$$ Para un volumen en expansión de longitud lateral $d = d_0 a$que contiene polvo de masa $M$y un gas fotónico de energía $U_0$en $t = t_0$, llegamos a la siguiente energía total reorganizando los términos después de multiplicar la ecuación por $\frac 3{8\pi} d^3$: $$M + \frac {U_0}a + \frac 1{8\pi} \Lambda d^3 - \frac 3{8\pi} d \dot d^2 = 0$$ El último término es la contribución del campo gravitacional que se vuelve cada vez más negativo para cancelar la cantidad creciente de energía oscura dada por el tercer término.

Si la energía se conserva o no en un universo en expansión es un tema un tanto controvertido. Por un lado, tienes un físico experimentado que afirma que la energía se conserva y, por otro lado, tienes un físico experimentado que afirma que la energía no se conserva .

El problema es que contabilizar la energía en relatividad general es un asunto complicado. Philip Gibbs y Luboš Motl dan cuenta de la energía de diferentes maneras y, como resultado, llegan a conclusiones diferentes. No está claro quién, si es que alguno de ellos es correcto, posiblemente ambos lo sean.

La conservación de la energía se deriva de una simetría llamada simetría de cambio de tiempo. Vea más sobre esto en mi respuesta a ¿Sobre qué base confiamos en la conservación de la energía? . Molestamente, buscar en Google no ha podido encontrar un buen artículo sobre la simetría del cambio de tiempo; tal vez debería escribir uno. Lo que está claro es que en un universo en expansión la simetría del cambio de tiempo no se aplica, por lo que la conservación de la energía tampoco se aplica necesariamente.

Para resumir: la conservación de la energía solo se mantiene localmente donde se puede asumir un espacio-tiempo estático. A gran escala, la expansión del universo se vuelve relevante, por lo que se dice que la energía no se conserva universalmente, ya que la cantidad de energía oscura por volumen permanece igual mientras el volumen aumenta, consulte el artículo de Sean Carroll, del cual cito :

El famoso Sean Carroll escribió:

"La energía no se conserva en la relatividad general. El punto es bastante simple: cuando pensabas que la energía se conservaba, había una razón por la que pensabas eso, a saber, la invariancia de la traducción del tiempo. Una forma elegante de decir "el fondo en el que las partículas y las fuerzas evolucionan, así como las reglas dinámicas que rigen sus movimientos, son fijas y no cambian con el tiempo”. Pero en la relatividad general eso simplemente ya no es cierto.

Einstein nos dice que el espacio y el tiempo son dinámicos y, en particular, que pueden evolucionar con el tiempo. Cuando el espacio a través del cual se mueven las partículas está cambiando, la energía total de esas partículas no se conserva".