¿Llegará el universo a masa cero?

Los fotones no tienen masa cero. Tienen masa en reposo cero . Como nunca están en reposo, tienen una energía distinta de cero, que es equivalente a la masa (E=mc ² ). (Hay otras formas de verlo, como que un fotón tiene masa cero y energía distinta de cero, pero dado que la masa y la energía son fundamentalmente equivalentes, es más o menos lo mismo. (Aquí es donde salta un físico real y me dice que estoy equivocado.))

Por ejemplo, la trayectoria de un haz de luz en realidad se dobla por la gravedad. Podemos ver esto en el fenómeno de la lente gravitacional . Y la luz, debido a que tiene masa/energía, ejerce una atracción gravitacional propia, aunque es tan pequeña que es indetectable en cualquier condición excepto en las más extremas.

Si las cosas suceden como usted describe (toda la masa del universo se descompone en fotones), entonces el universo podría llegar a cero masa en reposo , pero la conservación de la energía de la masa aún se aplica.

Dos partículas cargadas diferentes no desaparecen para convertirse en energía luminosa. Aunque parece que los protones y los electrones tienen cargas opuestas y se cancelarían entre sí si se encontraran, este no es el caso. Un protón consta de dos quarks up y un quark down. Un quark up tiene una carga de +2/3 y un quark down tiene una carga de -1/3. Un neutrón son dos quarks down y un quark up. La masa y la carga eléctrica de un quark down es la misma que la masa neta y la carga eléctrica de un quark up combinado con un electrón. Un quark down puede decaer en un quark up y un electrón. Un electrón que golpea un núcleo atómico a veces será absorbido por el núcleo y cambiará un quark arriba en un quark abajo, cambiando un protón en un neutrón. Esto sucede en la atmósfera superior cuando el nitrógeno 14se convierte en carbono 14 . El punto de esto es que un quark up y un electrón no se anulan entre sí porque el electrón tiene una carga negativa de 1 y el quark up tiene una carga positiva de 2/3. Cambiarlos a ambos en un fotón violaría la ley de conservación de la carga eléctrica .

Aclaremos algunas cosas.

El final de un universo en expansión es una cuestión de modelos.

El concepto de masa está relacionado con el de energía como

para cada partícula individual. E y p son cuatro vectores regidos por transformaciones de Lorenz .

Para una sola partícula, ese es el cuatro vector de energía de momento de la partícula, y cuando está en reposo, m es la masa en reposo de la partícula. Para más de una partícula se le llama masa invariante, y cuando están todas en reposo, es la suma de sus masas en reposo. Cuando está en movimiento, que es el estado habitual de las partículas en el vacío, siempre existirá una masa invariable para un aglomerado de partículas, y ciertamente para el universo.

Incluso las partículas de masa cero pueden tener (en un grupo) una masa invariable cuando hay más de uno, como lo demuestra la existencia del mesón pi0 .

si dos partículas con carga diferente se acercan, se moverán una hacia la otra y desaparecerán para convertirse en energía luminosa.

Esto sucederá, una aniquilación , solo si todos los números cuánticos son iguales y opuestos, y dependiendo del modelo, los desechos pueden ser masivos. El protón antiprotón se aniquila en muchos mesones que al final se descomponen en leptones y fotones, es decir, electrones, positrones y neutrinos. Es al final de la cadena de descomposición que se puede hablar de partículas finales.

En el modelo estándar de física de partículas, los protones no se descomponen. En el modelo estándar de cosmología se observa asimetría bariónica, por lo que se espera que los protones conserven su identidad hasta el final de los tiempos. PERO es seguro que habrá una extensión del modelo estándar necesaria debido a pequeñas discrepancias, y en estas extensiones los protones se desintegrarán y los neutrinos tendrán masas (pequeñas) y en este caso todo serán fotones al final de la desintegración y cadenas de interacción, luz de longitud de onda muy grande (fotones de baja energía debido a la expansión del universo ).

Esto no se trató en el libro, pero a menos que haya entendido mal las cosas (lo cual es muy probable), habrá un punto en el que toda la masa del universo se haya reducido a cero después de que todas las partículas se hayan emparejado y se hayan convertido en fotones?

Ha entendido mal, todas las masas restantes de los fotones individuales serán cero, pero transportarán energía y cantidad de movimiento (por pequeña que sea) y se moverán siempre con una velocidad c, por lo que habrá una masa invariante a partir de la suma de los cuatro vectores de la los fotones del universo, las partículas finales si los protones se desintegran.