Estoy leyendo sobre la expansión acelerada del universo y algo me llamó la atención. La observación de que las cosas más lejanas se aceleraban más rápido y que las primeras observaciones hacían que pareciera que estábamos situados en el centro del universo.
Específicamente, parece como si el universo mismo se estuviera expandiendo y no que las cosas dentro del universo se estuvieran alejando unas de otras. En cambio, parece que la expansión en sí está creando más espacio entre los contenidos.
Recientemente también vi un video increíble sobre la eventual muerte de todo en el universo. Esto me parece extraño porque, según lo entiendo, la energía y la materia no desaparecen, simplemente cambian.
Y me hizo pensar, ¿qué pasa si esta eventual muerte por calor del universo es simplemente esta expansión que eventualmente destroza todo hasta que cada partícula simplemente está demasiado separada para interactuar?
Básicamente, a medida que las cosas progresen, la expansión afectará el contenido del universo incluso hasta el nivel de las partículas.
¿Es este el caso? ¿O estoy malinterpretando este tema?
Según tengo entendido, la muerte térmica del universo es consecuencia de la entropía, no de la expansión. Todos los procesos resultan en el cambio de algo de energía a una mayor entropía . Aunque el universo observable es un sistema abierto, todo el universo es un sistema aislado, por lo que a medida que más y más energía se desplaza a una entropía más alta con el tiempo, el universo eventualmente alcanzará un estado en el que efectivamente no se puede realizar ningún trabajo.
Editar: creo que al menos uno de los autores citados, el Dr. Carrol, ya no tiene la posición en la que se basa esta respuesta.
¿La eventual muerte por calor del universo se debe a la expansión del universo?
En primer lugar, no soy físico ni astrónomo, pero simplemente disfruto leyendo libros de divulgación científica, como los del profesor Sean Carroll.
Hay una idea que dice que sí, posiblemente, y viceversa.
Si la energía del vacío existe de manera homogénea en todo el espacio y tiene una presión negativa, ayudaría a explicar por qué se acelera la expansión del universo. En el espacio vacío donde no hay nada más que la energía del vacío, tendría un efecto repulsivo y alejaría el otro espacio vacío, creando más espacio vacío.
En el nuevo espacio vacío, seguirá existiendo la energía del vacío, acelerando el proceso.
En el sistema del universo, los sistemas más pequeños como las galaxias con materia y materia oscura dominando la energía del vacío permanecerán intactos, pero el espacio vacío entre ellos y otras galaxias continuará expandiéndose.
De alguna manera, creo que esto hace que la muerte por calor ocurra más rápido, ya que eventualmente cada galaxia estará tan aislada por la expansión, que efectivamente ya no podrá llegar a ninguna otra galaxia una vez que la expansión haya crecido hasta el punto más allá del cual la luz que entra. desde o hacia él podría viajar, dado que su velocidad tiene límite.
Efectivamente, esto crea un nuevo sistema con un horizonte observable del tamaño de un universo por derecho propio. Pero con mucha menos energía en él. En lugar de tener toda la energía del universo, solo tiene la energía de su galaxia y el espacio vacío hasta su horizonte observable. Su energía de radiación también se diluiría más fácilmente.
Como señaló called2voyage, la entropía siempre aumentará, y una forma de hacerlo es encontrando el equilibrio térmico. Entonces, cuando la pequeña cantidad de energía dentro de la galaxia tiene su volumen reemplazado con espacio vacío, sería mucho más fácil encontrar el equilibrio térmico que si estuviera en un volumen que tuviera otras galaxias y parches de materia oscura para interactuar.
En cuanto a por qué esta muerte por calor podría conducir a la aceleración del universo, resulta que incluso cuando el universo está en equilibrio térmico, todavía tiene una temperatura superior a cero debido a las fluctuaciones cuánticas de partículas y antipartículas que aparecen y fuera de existencia.
Dada una cantidad de tiempo inimaginable, en lugar de que una simple partícula y una antipartícula fluctúen hacia la existencia, podría surgir algo más complejo, como un lápiz, un cerebro de Boltzmann u otro universo.
Sin embargo, estos parecen ir hacia un estado de menor entropía, yendo en contra de la segunda ley de la termodinámica .
En cambio, sería mucho más fácil 1 que un inflatón fluctúe y provoque este evento repentino de baja entropía, para que en realidad sea una forma de aumentar la entropía.
El inflatón tiene una densidad de energía enormemente alta y se está expandiendo rápidamente. A medida que se infla, su densidad de energía disminuye gradualmente. Tal como lo entiendo, esta disminución no es una relación directa con el aumento del volumen del espacio, sino solo con la forma en que se comporta el inflatón.
En algún momento, la densidad de energía disminuye hasta un punto en el que la energía se convierte en los tipos de campos de energía con los que estamos familiarizados y, finalmente, en partículas. Esto es también cuando la inflación se detiene y se produce el recalentamiento , la bariogénesis y la recombinación , dejando atrás un fondo cósmico de microondas ; el momento en que el universo se enfrió lo suficiente como para volverse transparente (mientras que antes de la huella del CMB, el universo era demasiado caliente y denso para que la luz no chocara con algo).
Lo interesante de esta idea es que permite que la entropía siempre aumente al tomar el estado de máxima entropía del universo (muerte por calor) y aumentarlo aún más con una fluctuación cuántica de una partícula de inflatón, una fluctuación mucho más probable que un cerebro de Boltzmann o otro universo y crear otro big bang.
Debido a que la densidad de entropía del fondo es tan baja, es más fácil fluctuar hacia un pequeño parche protoinflacionario que hacia un universo que se parece al nuestro hoy. 1
Este nuevo universo también encontrará eventualmente su muerte térmica y encontrará el equilibrio térmico; creando el entorno para que otro inflatón fluctúe hacia otro big bang y continúe aumentando la entropía. Dado el tiempo suficiente, parece implicar que habrá un número infinito de universos como resultado de una entropía cada vez mayor.
En cuál nos encontramos sería un misterio, pero lo importante de este punto es que explicaría por qué el universo comenzó en un estado de baja entropía; en realidad comenzó desde un estado de máxima entropía, pero fluctuó a una baja entropía con una fluctuación cuántica relativamente simple.
Por lo tanto, creemos que la inflación proporciona condiciones iniciales naturales para el universo que vemos, una vez que lo ubicamos en el contexto adecuado de un espacio-tiempo más grande que intenta obstinadamente aumentar su entropía. 1
Debido a la naturaleza aleatoria de las fluctuaciones cuánticas, este nuevo universo será diferente al nuestro. Seguirá siendo en gran medida homogéneo y tendrá un CMB que se verá tan suave como el nuestro, pero no será un duplicado del nuestro.
Carroll, SM, Che, J. (2005) ¿Proporciona la inflación condiciones iniciales naturales para el universo?
Tome un globo e infle hasta que esté firme. Luego tome un bolígrafo suave que no reviente el globo y marque muchos puntos por todas partes, espaciados de manera bastante uniforme. El globo es el universo y los puntos son las galaxias. Ahora pon una hormiga en una de las galaxias y comienza a inflar más el globo. Desde el punto de vista de la hormiga, su galaxia está estacionaria y en el centro, con todas las demás galaxias alejándose y las galaxias más distantes alejándose más rápido que todas.
Luego pon una hormiga en una de las otras galaxias e intenta visualizar la situación como él la ve. Esta segunda hormiga también se verá a sí misma como en el centro del universo con todas las otras galaxias alejándose, y la más lejana se alejará más rápido de todas. No importa en qué punto o galaxia coloques la hormiga, la imagen siempre se verá igual. Hay una fuerza elástica en el globo que siempre está tratando de colapsarlo, pero la expansión resiste esta fuerza. Su contraparte a escala galáctica es la gravedad, que siempre está tratando de resistir la expansión y ralentizándola gradualmente. Hasta hace poco se pensaba que eventualmente la gravedad ganaría, y el universo se detendría y colapsaría sobre sí mismo para convertirse en un universo que se contrae y cambia de color a azul. acelerando gradualmente y lanzándose hacia la destrucción en lo que se llamó Big Crunch. Pero entonces la energía oscura arrojó una llave inglesa en las obras.
La energía oscura es una fuerza misteriosa que, según los astrónomos, está acelerando demasiado la expansión como para que la gravedad la frene y la detenga. Las observaciones y mediciones del corrimiento al rojo de las supernovas distantes de tipo 1a son las que los llevaron a esta conclusión. Sin embargo, las mediciones son difíciles de realizar y de interpretar, por lo que siempre existe la posibilidad de error. También introduce nuevas dificultades, como un universo único sin causa y que continuará expandiéndose para siempre en la nada negra del espacio, haciendo que el Big Crunch y el Big Bounce que le sigue sean imposibles si las interpretaciones actuales de los datos resultan. ser correcto. El modelo Big Crunch no se ha abandonado por completo, aunque la energía oscura es la teoría favorecida en la actualidad. La energía oscura tiene la desventaja de que nadie puede explicar de dónde viene o dónde se ha escondido, y además contraviene la 1ª Ley de la Termodinámica. Algunas personas dicen que la Primera Ley no se aplica a una escala cósmica, pero eso suena como un alegato especial.
La muerte térmica del universo, como dice el llamado 2voyage, es un efecto de entropía debido a la 2da Ley de la Termodinámica, que por alguna razón no puede ser abandonada a escala cósmica, aunque la 1ra Ley sí. A diferencia de la Primera Ley, la Segunda Ley tiene más de una docena de formulaciones diferentes. Desde una perspectiva de expansión acelerada de energía oscura, es la muerte fría del universo de lo que estamos hablando, porque la nada negra a la que supuestamente se dirige también es extremadamente fría.
llamado2viaje