He leído mucho sobre (¿cuál es la energía total del universo? ¿Y es cero?) aquí, por ejemplo, ¿ La energía total del universo es cero? y otras fuentes. Pensé décadas en una pregunta, no exactamente en: ¿Cuál es la energía total del universo? Pero: ¿Es la energía total del universo, si tiene algún significado la palabra "total", absoluta o relativa?
Mi pregunta se basa en otras preguntas:
¿Tiene sentido la conservación de la energía sin marcos inerciales?
Si la respuesta de (1) es sí, ¿la energía total del universo es absoluta para cualquier observador o relativa (¡incluida la propia energía del observador!)? Entonces, si tenemos dos observadores, ¿sumarían la misma energía total?
Si la respuesta de (1) es no, para un marco de referencia de caída libre (lo suficientemente pequeño para ser considerado como inercial), ¿la energía total del universo es absoluta o relativa para él? Nuevamente, si tenemos dos observadores, ¿sumarían la misma energía total?
Desde la perspectiva de la Relatividad General, el contenido de energía de cualquier sistema siempre depende del observador. En general, diferentes observadores miden diferentes contenidos de energía de algún sistema.
Acerca de la cuestión de la "energía cero", creo que tiene poca importancia física y es más un concepto erróneo al interpretar un componente tensor de energía de tensión como la densidad de energía del universo. revisa esta respuesta
Sobre las otras preguntas:
La energía no se conserva en el espacio-tiempo general. Esto solo sucede cuando el espacio-tiempo posee una simetría de traducción temporal (en términos generales, cuando "se ve igual" independientemente del tiempo). Un universo en expansión acelerada (como el nuestro) no tiene conservación de energía. Sin embargo, en la escala de tiempo y escala espacial de nuestras vidas, esta variación de energía es tan pequeña que parece conservada para cualquier propósito práctico.
Algunos espaciotiempos, sin embargo, poseen más de una "simetría de traducción temporal", lo que permite que dos familias diferentes de observadores midan energías conservadas (es el caso de un observador uniformemente acelerado en el espaciotiempo de Minkowski, por ejemplo).
Creo que la energía es generalmente un concepto absoluto en la Relatividad General, en lugar de uno relativo. Lo que quiero decir aquí es que la curvatura espacio-tiempo está relacionada con la masa/energía que contiene, en lugar de una "diferencia de masas" (lo que sea que eso signifique).
Debe señalarse que no existe un consenso de una definición única a prueba de fallas para la masa/energía total de un espacio-tiempo. Quizás el estándar más utilizado es la "masa ADM", que funciona muy bien en una gran variedad de escenarios.
La relatividad general no tiene una medida de energía conservada, escalar y globalmente conservada que pueda definirse en todos los espaciotiempos. La relatividad general tiene una estricta conservación local de la energía.
La razón básica de esto es que la energía no es un escalar en relatividad, es un componente del vector energía-momento. En un espaciotiempo curvo, no puede agregar vectores definidos en diferentes puntos, lo que significa que, en general, no hay forma de definir la energía total en un espaciotiempo curvo.
¿Es la energía total del universo, si tiene algún significado la palabra "total", absoluta o relativa?
Como sospechabas, la energía total del universo no está definida. Localmente, la conservación de la energía en relatividad general se define de tal manera que es válida en cualquier marco de referencia. Existe un tensor tensión-energía, una matriz de números 4x4, uno de cuyos elementos puede interpretarse como la densidad de energía. Todos los componentes del tensor tensión-energía son relativos, es decir, tienen valores diferentes cuando cambias de marco de referencia. Sin embargo, la conservación de estos números se mantiene en todos los marcos.
En otra respuesta, Ian escribió:
La energía no se conserva en el espacio-tiempo general. Esto solo sucede cuando el espacio-tiempo posee una simetría de traducción temporal (en términos generales, cuando "se ve igual" independientemente del tiempo). Un universo en expansión acelerada (como el nuestro) no tiene conservación de energía.
Esto está mal. El teorema de Noether no se aplica a la relatividad general. Para un espaciotiempo con una simetría de traslación temporal, es cierto que se puede definir una energía conservada para las partículas de prueba, pero eso no tiene nada que ver con la cuestión de si el espaciotiempo en su conjunto tiene una energía conservada. En un espacio-tiempo estacionario, es trivialmente cierto que la energía se conserva, porque ningún observable cambia con el tiempo. Esta trivialidad es diferente del teorema de Noether, que no es una trivialidad. El teorema de Noether tiene que ver con simetrías del Lagrangiano, no con simetrías del estado del sistema.
jose h
Ahmed Kamal Kassem