¿Está disminuyendo la masa total del universo?

Tratando con el ejemplo de una estrella aislada. Durante su vida, la fusión nuclear finalmente da como resultado la radiación de la fotosfera que transporta energía al espacio. Como resultado, la masa de la estrella debe disminuir, porque se conserva la masa-energía total.

Sin embargo, otra propiedad que se conserva es el número bariónico (el número total de protones y neutrones). ¿Cómo se conserva este número pero la masa disminuye? La respuesta es que los bariones se juntan como núcleos más masivos con energía de enlace negativa.

Si ahora observamos un volumen en movimiento conjunto en el universo (es decir, una caja que se expande en proporción al universo como un todo), entonces cada vez más hidrógeno y helio se fusionan en elementos más pesados, lo que reduce la cantidad de masa en el forma de átomos y núcleos. Sin embargo, esto está parcialmente compensado por la energía radiada (dividida por$c^2$) en forma de fotones y neutrinos que se encuentra en la caja.

Digo parcialmente, porque los remanentes estelares como las estrellas de neutrones y las enanas blancas tienen una energía de enlace gravitacional negativa que reduce su masa gravitatoria.

Todo esto palidece hasta convertirse en una insignificancia total en comparación con otros fenómenos cosmológicos que ocurren en la caja. La densidad de energía de radiación disminuye con el factor de escala a la potencia cuatro, por lo que la energía de radiación en movimiento conjunto disminuye con el factor de escala. Sin embargo, la densidad de energía de la radiación es mucho más pequeña que la densidad de la materia (en cualquier época en que se pueden formar las estrellas), que a su vez es más pequeña que la densidad de energía del vacío (también conocida como energía oscura). La densidad de energía del vacío parece ser constante. Esto significa que la energía del vacío en un volumen en movimiento conjunto aumenta con el cubo del factor de escala.

Entonces, para resumir, lo que comúnmente se conoce como "masa" disminuirá (ligeramente), pero la masa/energía total parece aumentar aproximadamente como el cubo del factor de escala.

¿Está disminuyendo la masa total del universo?

No. Por supuesto, no puedo probar eso, pero puedo decir que no conocemos ningún ejemplo en el que la energía no se conserve. La conservación de la energía se aplica a todas las situaciones que conocemos. La energía no se crea ni se destruye. Aplicar este principio al universo junto con la masa de un cuerpo es una medida de su contenido de energía , y la respuesta a la pregunta es no.

La fusión nuclear conduce a la conversión de una pequeña cantidad de masa en energía. Sin embargo, ningún fenómeno físico (o unos pocos) parece convertir la energía en masa.

La radiación convierte una pequeña cantidad de masa en energía. Es por eso que Einstein dijo "si un cuerpo emite la energía L en forma de radiación, su masa disminuye en L/c²" . Este cuerpo podría ser un tronco en llamas. No hay ley de conservación de la masa. Sin embargo, tenga en cuenta que si contiene la energía, debe tener en cuenta su equivalencia de masa. Ver https://arxiv.org/abs/1508.06478 por van der Mark y (no el Nobel) 't Hooft. Si atrapas un fotón en una caja de espejos, aumenta la masa de ese sistema. La masa del tronco en llamas se reduce un poco, pero la radiación del tronco en llamas contribuye a la masa del universo, que no cambia.

Como tenemos tantas estrellas con fusión a gran escala en el núcleo. ¿Está disminuyendo la masa neta del universo?

No, la masa de las estrellas está disminuyendo. Si tuviera un leño ardiendo en una caja de espejos en un par de balanzas, la lectura de la balanza no disminuye.

Encontré una nota relevante sobre los agujeros negros, que dice: Según Hawking: la materia se convierte en energía y parte de la energía se convierte en cantidades iguales de materia y antimateria, la materia sale del agujero negro, pero la antimateria se va. dentro del agujero negro y a su vez disminuye su masa.

Esto es una tontería, me temo. La antimateria no tiene masa negativa. No conocemos partículas que tengan masa negativa o energía negativa.

En última instancia, después de millones o incluso miles de millones de años, el agujero negro se evaporará. completamente. Eso significa que cada materia que entra en el agujero negro es responsable de su destrucción.

Me temo que la radiación de Hawking sigue siendo hipotética. E incluso si el agujero negro se evaporara, todavía se aplica la conservación de la energía. Esa energía todavía está en el universo con su masa equivalente, por lo que la masa del universo no cambia.

Tenga en cuenta que algunas personas le dirán que la energía oscura se crea continuamente, lo que significaría que la masa del universo está aumentando. Sin embargo, esto también es hipotético.