La gravedad atractiva tiene energía negativa, ¿qué pasa con la gravedad repulsiva en la fase de inflación?

La teoría de la inflación cósmica de Alan Guth postula que aproximadamente 10 ^ -38 segundos antes del Big Bang que condujo a nuestro universo particular, una pequeña porción de espacio se duplicó en tamaño más de 100 veces, desde un tamaño subatómico hasta aproximadamente 1 cm. Esta "inflación" ahora termina, la energía potencial del campo escalar en este universo infantil del tamaño de un guijarro se convierte en una sopa caliente de partículas y radiación, y lo que llamamos el Big Bang es esta sopa caliente en expansión.

La teoría explica el comienzo y el final de la inflación de la siguiente manera: permeando ese pequeño parche había un campo escalar, cuya curva de energía potencial resultó tener una forma peculiar que causó presión negativa, y la presión negativa hizo que la gravedad fuera repulsiva en lugar de atractiva. de ahí la inflación. Como una pelota colocada en la cima de una colina, esa energía potencial no es estable y en algún momento rodaría por la curva, esta pérdida de energía potencial se convierte en materia y radiación, finalizando la fase de inflación.

Ahora, durante la fase de inflación, el espacio se expandió a una densidad de energía constante , por lo tanto, la energía parece crearse mágicamente, violando potencialmente la conservación de la energía. En videos de sus charlas sobre la inflación, el profesor Alan Guth explica que la energía total del universo en realidad se conservó en un valor neto de cero o muy bajo, porque la energía anterior (positiva) se equilibró exactamente con la energía negativa de la gravedad. Puedo entender que la gravedad atractiva tiene energía negativa, pero ¿no debería la gravedad repulsiva tener energía positiva ?

¿Qué es la "gravedad repulsiva"?
Incluso en la relatividad especial, la energía y el momento como vectores dependen de las transformaciones de Lorentz, y la conservación de la energía funciona en un marco específico, no en valor absoluto. En la relatividad general es aún peor, ya que son las ecuaciones de Einstein las que definen valores que pueden ser diferentes en diferentes marcos de coordenadas, ya que las propias coordenadas están involucradas en las ecuaciones. Entonces, la conservación de energía solo se puede definir en los límites de los espacios planos, afaik. ver physics.stackexchange.com/questions/3688/…
por lo tanto, la energía parece ser creada mágicamente, violando potencialmente la conservación de la energía. No es cierto. La energía siempre se conserva localmente en GR, y nunca hay una conservación global. La inflación no es una excepción a ninguna de estas afirmaciones. Ver physics.stackexchange.com/questions/2838/…
Guth explica que la energía total del universo en realidad se conservó en un valor neto de cero o muy bajo. Esto es especulativo y actualmente no puede expresarse de manera rigurosa mediante ninguna teoría física viable. Eso es porque actualmente no tenemos ninguna teoría que pueda hablar sobre la energía total del universo o si tal cosa se conservaría.
La redacción de esta discusión en términos de gravedad repulsiva y energía positiva o negativa básicamente no funciona. Si Guth lo describe de esa manera en una conferencia popular, es él tratando de transmitir el sabor general de las ideas. No es algo que se pueda hacer riguroso. GR dice que la fuente de los campos gravitatorios es el tensor de tensión-energía, no una densidad escalar de masa-energía. El tipo de cosas que Guth describe a los legos como "energía positiva o negativa" en realidad se describen en términos de condiciones de energía: en.wikipedia.org/wiki/Energy_condition

Respuestas (2)

En lo que lees, Guth estaba desarrollando el concepto de inflación y energía oscura. Estos conceptos no se entendieron ni desarrollaron completamente cuando escribió por primera vez, por lo que usó algunos términos vagos para ellos. La gravedad negativa ahora se llama energía oscura. En el desarrollo de la física desde entonces, se acepta que la energía oscura tiene una densidad de energía positiva, por lo que la respuesta a su pregunta es "sí".

Aquí hay un enlace a una pregunta relacionada sobre la conservación de energía en GR, donde las respuestas abordan su pregunta muy claramente: Conservación de energía en relatividad general

Tenga en cuenta tanto este enlace como el otro proporcionado por @ user4552 en los comentarios, tenga en cuenta que la "hipótesis de energía cero" para nuestro universo, a la que se refirió Guth, no es cierta, ya que la energía del universo en general en GR es indefinible, y la energía no se conserva universalmente en GR.

Tenga en cuenta, para ambos enlaces, un cartel de Physics SE argumentó que la energía SE conserva, pero solo hizo referencia a su propio artículo, que NO es la forma en que uno muestra el consenso de los expertos en física APOYA un POV, sino que tiende a mostrar que el consenso rechaza el POV.

No creo que obtenga una respuesta definitiva a esta pregunta. Entonces, lanzaré algunas especulaciones al respecto.

No hay gravedad repulsiva. Eso no significa que la gravedad atractiva no pueda convertirse en repulsión.

Tomemos un ejemplo de repulsión explicado en términos de intercambio de partículas (virtuales). Dos cuerpos pueden arrojarse partículas entre sí y esto les permitiría alejarse el uno del otro: repulsión. Esto es fácil de entender en términos de conservación del impulso.

¡Ahora trata de explicar la atracción en forma de intercambio de partículas! Las partículas tienen que tomar un camino invertido. Básicamente, es repulsión convertida en atracción en este caso.

No estoy tratando de decir que así es como funciona la atracción/repulsión electromagnética. Solo estoy afirmando una de las principales explicaciones de esto.

De la misma manera, el resultado natural del "conjunto de varios tensores" es la atracción. Cualquier repulsión tiene que ser esta atracción invertida. Básicamente, sería la inversión de la curvatura del espacio.

La naturaleza por sí sola, sin una intervención inteligente, no es capaz de hacer esta inversión. Es por eso que no hemos tenido escenarios/objetos naturales para observar y experimentar con esta curvatura invertida. Esto es diferente a otros campos de la física como el electromagnetismo, donde la naturaleza nos proporciona objetos y escenarios para experimentar y formular esos campos.

Todos los científicos, incluido Einstein, formularon la curvatura unidireccional. Porque ese es el único disponible para nosotros para experimentar y formular.

Entonces, la naturaleza por sí misma no es capaz de esta inversión. El Big Bang (inflación) y las explosiones de supernovas pueden ser posibles excepciones a esto. Es posible que no entendamos completamente lo que sucede allí.

La energía oscura es posiblemente una inversión de la curvatura del espacio que escapó (escapó) en el momento de la inflación y se extendió por el universo, y luego fue anulada a niveles locales por las curvaturas locales.

Entonces, en mi humilde opinión, no hay gravedad repulsiva, solo la gravedad atractiva se dio la vuelta.

También se me había ocurrido una inversión de la curvatura espacial, análoga al tipo de efectos que uno ve después de algunas colisiones vehiculares inusualmente violentas, antes de formular mi propia respuesta (o una respuesta a medias, que supongo que es la razón por la cual la tuya fue superada antes que la tuya). en él), pero me gustaría que abordara esa disposición para la masa gravitacional negativa que describí en él, ya que, francamente, sus credenciales en el Instituto Perlmutter de Canadá superan a cualquiera de las suyas que yo pueda ver. Además, el libro de Guth "The Inflationary Universe" no describe ninguna colisión, excepto una de materia/antimateria, entre las posibilidades.
(Guth descartó una colisión de materia / antimateria, como fuente inflacionaria, debido a la falta de un punto brillante en el cielo, aunque creo que el OP estaría al tanto de eso).
La gravedad repulsiva puede ocurrir cerca de las paredes del dominio.