¿Está aumentando el corrimiento al rojo cosmológico causado por la masa de Planck?

Question

¿Está aumentando el corrimiento al rojo cosmológico causado por la masa de Planck?

Física
cosmología
gravedad cuántica
expansión espacial
relatividad general

Juan Eastmond

La explicación estándar para el corrimiento al rojo cosmológico es que los fotones emitidos desde galaxias lejanas tienen longitudes de onda alargadas a medida que viajan a través del Universo en expansión.

Pero tal vez los fotones no pierden energía a medida que viajan, sino que los átomos en nuestros detectores son más energéticos en comparación con los átomos que emitieron esos fotones hace mucho tiempo, lo que lleva a un aparente efecto de corrimiento al rojo.

Adición (después de haber tenido un intercambio de comentarios con @rob, ver más abajo): mi hipótesis es que la masa de Planck $M_{pl} \propto a(t)$ dónde $a(t)$ es el factor de escala universal.

Adición 2 Por supuesto, si la masa de Planck $M_{pl}$ está cambiando entonces $G=1/M^2_{pl}$ está cambiando para que ya no tengamos GR estándar!

He hecho esta pregunta antes, consulte Interpretación del corrimiento al rojo cosmológico , pero esta vez incluyo un poco de teoría para respaldar mi hipótesis.

Para simplificar, supongamos una métrica FRW radial plana:

d s^{2} = - d t^{2} + a^{2} (t) d r^{2}

$ds^2=-dt^2 + a^2(t)\ dr^2$

Considere la trayectoria geodésica nula de un haz de luz con $ds=0$ para que tengamos:

d t = a (t) d r (1)

$dt = a(t)\ dr\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (1)$

Ahora en la actualidad $t_0$ definimos el factor de escala $a(t_0)=1$ para que tengamos:

d t_{0} = d r (2)

$dt_0 = dr\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (2)$

Sustituyendo la ecuación (2) en la ecuación (1) tenemos:

d t = a (t) d t_{0}

$dt = a(t)\ dt_0$

Para que el intervalo de tiempo $dt$ permanecer constante como el factor de escala $a(t)$ aumenta debemos tener el correspondiente intervalo de tiempo presente $dt_0$ variando inversamente con el factor de escala:

d t_{0} \propto \frac{1}{a (t)}

$dt_0 \propto \frac{1}{a(t)}$

Así como el tiempo cosmológico $t$ aumenta, y el Universo se expande, intervalos iguales de tiempo cosmológico $dt$ corresponden a intervalos cada vez más pequeños de tiempo presente $dt_0$ .

Ahora bien, la energía de un sistema es proporcional a la frecuencia de su oscilación que a su vez es inversamente proporcional a su período de oscilación:

mi (t) \propto \frac{1}{d t}

$E(t) \propto \frac{1}{dt}$

La energía correspondiente del sistema en términos de la época actual. $t_0$ es dado por

mi (t_{0}) \propto \frac{1}{d t_{0}}

$E(t_0) \propto \frac{1}{dt_0}$

mi (t_{0}) \propto a (t)

$E(t_0) \propto a(t)$

Así, un átomo a la vez $t$ es un factor $a(t)$ veces más energético que el mismo átomo a la vez $t_0$ .

Como la escala de energía se establece en última instancia por la masa de Planck, entonces la masa de Planck debe aumentar a medida que el Universo se expande: $M_{pl} \propto a(t)$ .

Este efecto por sí solo explicaría el corrimiento al rojo gravitacional de galaxias distantes sin la suposición de que los fotones que viajan desde esas galaxias pierden energía debido a la expansión de la longitud de onda.

Adición: creo que esta hipótesis conduce a una expansión cosmológica lineal $a(t)\propto t$ (ver comentarios abajo).

La tierra es una cuchara

Posible. Pero, ¿por qué un átomo se volvería más energético? ¿Alguna explicación?

jerry schirmer

¿A qué te refieres con "energía"? ¿Que la energía fundamental de las transiciones que generan los fotones ha disminuido con el tiempo? ¿O que la energía de los propios fotones emitidos ha disminuido con el tiempo? ¿O algo mas?

Juan Eastmond

Mi hipótesis es que un intervalo de tiempo unitario en el tiempo

t

$t$ es equivalente a un intervalo de tiempo

1 / a (t)

$1/a(t)$ en el presente

t_{0}

$t_0$ . Como el tiempo y la energía están recíprocamente relacionados, esto implica que una unidad de energía en el tiempo

t

$t$ es equivalente a

a (t)

$a(t)$ Unidades de energía en la actualidad

t_{0}

$t_0$ . El cambio de energía se debe simplemente a las diferentes perspectivas de los observadores, de manera análoga al cambio de energía cuando uno cambia los marcos de inercia en la relatividad especial.

Juan Eastmond

Mi hipótesis tiene implicaciones para la cosmología. Creo que la densidad de la materia/radiación siempre viene dada por

ρ \propto a (t) / a^{3} (t) = 1 / a^{2} (t)

$\rho \propto a(t)/a^3(t) = 1/a^2(t)$ . Si pones esto en las ecuaciones de Friedmann (sin constante cosmológica) obtienes un factor de escala

a (t)

$a(t)$ que aumenta linealmente con el tiempo. Esto está mejor de acuerdo con los datos de expansión del Universo que el modelo estándar de Einstein-de Sitter, por ejemplo, donde

a (t) \propto t^{2 / 3}

$a(t) \propto t^{2/3}$ .

jerry schirmer

@JohnEastmond: si usa datos de observación actuales con los supuestos de homogeneidad e isotropía, y los coloca en las ecuaciones de Friedmann, se lo lleva inexorablemente a una constante cosmológica.

Juan Eastmond

Los cálculos estándar se ajustan a los datos de observación actuales asumiendo

ρ_{m a t t e r} \propto 1 / a^{3}

$\rho_{matter} \propto 1/a^3$ y

ρ_{r a d i a t i o n} \propto 1 / a^{4}

$\rho_{radiation} \propto 1/a^4$ . Mi interpretación alternativa del corrimiento al rojo implica

ρ \propto 1 / a^{2}

$\rho \propto 1/a^2$ lo que conduce a una cosmología lineal.

Juan Eastmond

El astrofísico Fulvio Melia ha demostrado que una cosmología lineal, en sus términos

R_{h} = c t

$R_h = c t$ , se ajusta sorprendentemente bien a los datos observacionales actuales. Consulte sus artículos sobre el Arxiv: uk.arxiv.org/find/astro-ph/1/au:+Melia_F/0/1/0/all/0/1 .

Juan Eastmond

También quizás

ρ \propto 1 / a^{2}

$\rho \propto 1/a^2$ es consistente con el principio holográfico en el que una descripción de partículas en el área límite es equivalente a una descripción de partículas en el volumen cerrado.

Cham

Esta hipótesis no tiene ningún sentido para mí. Si el espacio realmente se está expandiendo y hay un factor de escala variable

a (t)

$a(t)$ en la métrica, luego aparece en la ecuación de geodésica nula, lo que implica que los fotones tienen un número de onda

k \propto 1 / a (t)

$k \propto 1/a(t)$ . La longitud de onda del fotón tiene que variar como

λ \propto a (t)

$\lambda \propto a(t)$ . Es una consecuencia directa de la ecuación geodésica y una métrica con un factor de escala variable.

Respuestas (2)

¿Está aumentando el corrimiento al rojo cosmológico causado por la masa de Planck?

Posible. Pero, ¿por qué un átomo se volvería más energético? ¿Alguna explicación?
¿A qué te refieres con "energía"? ¿Que la energía fundamental de las transiciones que generan los fotones ha disminuido con el tiempo? ¿O que la energía de los propios fotones emitidos ha disminuido con el tiempo? ¿O algo mas?
Mi hipótesis es que un intervalo de tiempo unitario en el tiempo $t$ es equivalente a un intervalo de tiempo $1/a(t)$ en el presente $t_0$ . Como el tiempo y la energía están recíprocamente relacionados, esto implica que una unidad de energía en el tiempo $t$ es equivalente a $a(t)$ Unidades de energía en la actualidad $t_0$ . El cambio de energía se debe simplemente a las diferentes perspectivas de los observadores, de manera análoga al cambio de energía cuando uno cambia los marcos de inercia en la relatividad especial.
Mi hipótesis tiene implicaciones para la cosmología. Creo que la densidad de la materia/radiación siempre viene dada por $\rho \propto a(t)/a^3(t) = 1/a^2(t)$ . Si pones esto en las ecuaciones de Friedmann (sin constante cosmológica) obtienes un factor de escala $a(t)$ que aumenta linealmente con el tiempo. Esto está mejor de acuerdo con los datos de expansión del Universo que el modelo estándar de Einstein-de Sitter, por ejemplo, donde $a(t) \propto t^{2/3}$ .
@JohnEastmond: si usa datos de observación actuales con los supuestos de homogeneidad e isotropía, y los coloca en las ecuaciones de Friedmann, se lo lleva inexorablemente a una constante cosmológica.
Los cálculos estándar se ajustan a los datos de observación actuales asumiendo $\rho_{matter} \propto 1/a^3$ y $\rho_{radiation} \propto 1/a^4$ . Mi interpretación alternativa del corrimiento al rojo implica $\rho \propto 1/a^2$ lo que conduce a una cosmología lineal.
El astrofísico Fulvio Melia ha demostrado que una cosmología lineal, en sus términos $R_h = c t$ , se ajusta sorprendentemente bien a los datos observacionales actuales. Consulte sus artículos sobre el Arxiv: uk.arxiv.org/find/astro-ph/1/au:+Melia_F/0/1/0/all/0/1 .
También quizás $\rho \propto 1/a^2$ es consistente con el principio holográfico en el que una descripción de partículas en el área límite es equivalente a una descripción de partículas en el volumen cerrado.
Esta hipótesis no tiene ningún sentido para mí. Si el espacio realmente se está expandiendo y hay un factor de escala variable $a(t)$ en la métrica, luego aparece en la ecuación de geodésica nula, lo que implica que los fotones tienen un número de onda $k \propto 1/a(t)$ . La longitud de onda del fotón tiene que variar como $\lambda \propto a(t)$ . Es una consecuencia directa de la ecuación geodésica y una métrica con un factor de escala variable.

robar · Answer 1

Esta es una idea interesante. Si te entiendo correctamente, estás sugiriendo que quizás la luz emitida por átomos muy distantes tiene un espectro diferente al de la luz emitida por átomos en nuestro vecindario cósmico, y que un cambio uniforme en las energías de todas las transiciones atómicas imitaría el corrimiento al rojo cosmológico.

Sin embargo, las energías involucradas en las transiciones atómicas dependen de muchísimos factores. El corrimiento al rojo cosmológico tiene la ventaja teórica de la simplicidad: una vez que la luz se emite y se dirige hacia nosotros, toda la luz se trata de la misma manera. Por el contrario, los niveles de energía en un átomo dependen de muchísimos factores. En general, las energías permitidas en un átomo dependen del valor de ℏ, de las masas y cargas de los constituyentes, de las escalas de longitud y velocidades involucradas.

Por ejemplo, en la relación de incertidumbre energía-tiempo $\Delta E\Delta t \ge \hbar/2$ tenemos una relación inversa entre la energía y el tiempo, lo que sugiere que si una unidad global de $\Delta t$ está cambiando, el espectro de pares virtuales partícula-antipartícula que contribuyen a una interacción. Esto se denomina polarización del vacío y contribuye a los cambios en la constante de acoplamiento electromagnético y el ángulo de mezcla débil al observar las interacciones con diferentes energías.

De manera similar, para un fotón sin masa, la ecuación de Einstein $E^2=p^2+m^2$ da una energía total $E=hf$ , donde de nuevo $E$ y $t$ son inversamente proporcionales entre sí (aunque la medida del tiempo está enterrada en la frecuencia del fotón). Pero para una partícula masiva la energía total se convierte en

mi = γ metro C^{2} = \frac{metro C^{2}}{\sqrt{1 - v^{2} / C^{2}}} \approx metro C^{2} + \frac{1}{2} metro v^{2} + \dots

$E = \gamma m c^2 = \frac{mc^2}{\sqrt{1-v^2/c^2}} \approx mc^2 + \frac{1}{2} mv^2 + \cdots$ Ahora empiezas a ver complicaciones. ¿Afecta su factor de escala

c

$c$ y

v

$v$ ? Si es así, entonces para objetos masivos la energía varía como

1 / t^{2}

$1/t^2$ , en lugar de gustar

1 / t

$1/t$ . Si no, entonces los objetos masivos no ven variación en la energía a medida que cambia el factor de escala. Si su factor de escala cambia

v

$v$ pero no

c

$c$ , entonces tienes un lío. Tal vez son las masas en reposo las que cambian inversamente con

t

$t$ , pero no hay ninguna teoría que respalde eso. Estas son las energías que intervienen en el cálculo de las excitaciones atómicas; no tienes el lujo de desear que se vayan.

Como un ejemplo real del tipo de cosas en las que está pensando, hay evidencia, no evidencia incontrovertible, no aceptada universalmente, pero tampoco refutada de manera convincente, que la estructura fina electromagnética constante $\alpha = e^2/\hbar c$ es diferente en el quinto decimal en galaxias muy distantes. Una de las fortalezas de esta evidencia es que un pequeño cambio si $\alpha$ hace que algunas transiciones atómicas se vuelvan menos energéticas y otras más energéticas, muy diferente de un error en una medición de corrimiento al rojo. Creo que la mejor explicación de la física estaba en uno de los artículos originales , aunque la situación experimental ha evolucionado desde entonces.

yo diria que es la masa del resto $m$ que aumenta con el factor de escala $a(t)$ cuando se ve desde el tiempo presente $t_0$ . La masa en reposo de un electrón, por ejemplo, se debe a la constante interacción con el campo de Higgs. Esto produce un movimiento oscilatorio con un período de tiempo característico $dt$ en algún tiempo cosmológico futuro $t$ . En el presente $t_0$ el periodo de tiempo correspondiente es $dt_0 = dt/a(t)$ . La masa/energía correspondiente en el momento actual $t_0$ es entonces $m_0 = a(t) m$ .
Pero en ese caso, las interacciones gravitatorias que escalan como $m^2$ escalará cuadráticamente con $a$ .
Supongo que una interacción gravitacional será de la forma $Gm^2/r$ . Si $r \propto a$ así como $m \propto a$ entonces la interacción gravitacional será proporcional a $a$ .
si no permites $h$ , $c$ , o $G$ cambiar, entonces el límite de Chandrasekhar se escalará como $1/a^2$ . Ahora tienes que recuperar los datos de la supernova Tipo Ia.
En realidad, lo que dije anteriormente sobre $r \propto a$ estaba mal - la escala $r$ de un sistema ligado no se expande con el Universo. si tomamos $h=c=1$ entonces creo que la masa de Planck $M_{pl} \propto a$ .
pero si no es $r$ , $\hbar$ , o $c$ cambiantes que causan energías gravitatorias $Gmm/r$ escalar con $a$ , entonces, ¿qué causa la escala con $a$ para energía eléctrica entre cargas unitarias, $\alpha \hbar c /r$ ?
De acuerdo. La distancia adecuada en el momento $t$ , $ds$ , y la distancia adecuada en el momento actual $t_0$ , $ds_0$ , está relacionado por la ecuación $ds = a(t)\ ds_0$ (usando la métrica FRW con $dt=0$ ). Así si $ds$ es fijo entonces tenemos $ds_0 \propto 1/a(t)$ . Por tanto, relativo al tiempo presente, t_0, $\alpha \hbar c/ds_0 \propto a(t)$ (Estoy usando $ds_0$ para un intervalo de distancia adecuada donde usa $r$ ).
Entonces $Gmm/r$ ya no es lineal en $a$ . No estoy interesado en jugar al whack-a-mole con los detalles de su modelo; Solo esperaba poder hacerte dar cuenta de que es complicado.
si el aumento de masa tiene el mismo efecto que la expansión cosmológica, ¿no debería ser codificable como una simetría de calibre?
@lurscher No lo sé, y ese es un "si" demasiado grande para que yo piense mucho al respecto. (Respondí esta pregunta antes de entender realmente la política de la comunidad sobre física no convencional). Puede hacer una pregunta de seguimiento.

Eduardo · Answer 2

La misma idea interesante fue presentada recientemente por el profesor Wetterich en su artículo "Universo sin expansión":

https://doi.org/10.1016/j.dark.2013.10.002

Explica que el corrimiento al rojo cosmológico puede entenderse como la variación de masas (crecimiento) de todas las partículas en el Universo, como alternativa a la expansión métrica. Entonces, en este caso, el factor de escala a (t) no es necesario para describir el corrimiento al rojo y, en algunos casos, puede reemplazarse con m (t) como variación de energía en la publicación anterior. Según tengo entendido, esta idea aún está fuera de la corriente principal de la física, aunque es muy intuitiva en comparación con la teoría actual de la expansión métrica del espacio.

Con respecto a su adición 2. La variación de la constante gravitacional está limitada por los movimientos orbitales de los planetas que parecen ser casi constantes en el tiempo. Los valores de las órbitas se estrechan por la aceleración gravitacional. $a=\frac{Gm }{r^2}$ (ver por ejemplo "¿La constante gravitacional de Newton varía sinusoidalmente con el tiempo? Los movimientos orbitales dicen que no", Lorenzo Iorio). Entonces, en nuestro caso, cuando la masa varía con el tiempo, la aceleración gravitacional debe ser constante, por lo que uno esperaría que $G \propto 1/ M_{pl}$ .

¿Está aumentando el corrimiento al rojo cosmológico causado por la masa de Planck?

Juan Eastmond

La tierra es una cuchara

jerry schirmer

Juan Eastmond

Juan Eastmond

jerry schirmer

Juan Eastmond

Juan Eastmond

Juan Eastmond

Cham

Respuestas (2)

robar

Juan Eastmond

Juan Eastmond

robar

Juan Eastmond

robar

Juan Eastmond

robar

Juan Eastmond

robar

Juan Eastmond

acechador

robar

Eduardo

¿Cómo explican las teorías de la gravedad basadas en gravitones la expansión del universo?

¿La aceleración actual del universo implica que nuestro universo está abierto?

Valor del parámetro de Hubble a lo largo del tiempo

¿Qué distancia puede viajar algo en línea recta?

¿Cuál es la densidad de una esfera de polvo estático en un universo en aceleración?

Con corrimiento al rojo, se pierde energía. ¿A dónde va? [duplicar]

Aplicabilidad de la métrica dependiente del tiempo para el universo en expansión

Coordenadas para la métrica FLRW

Si el espacio puede expandirse más rápido que la luz, ¿por qué las ondas gravitacionales no pueden hacerlo?

¿Causó el Big Bang un empuje hacia afuera de la gravedad?