¿Por qué la longitud de onda de De-Broglie de las partículas masivas no se desplaza hacia el rojo en un universo en expansión?

Es bastante sencillo cómo la luz se desplaza hacia el rojo en un universo en expansión, pero todavía no puedo entender por qué la longitud de onda de De'Broglie de una partícula masiva no se desplaza hacia el rojo en un universo en expansión. No existe una noción adecuada de energía de masa conservada en el universo en expansión (sin considerar la energía gravitacional). cualquier cosa que no implique agitar las manos sería genial (no tengo miedo de ensuciarme las manos con las matemáticas). ¡¡Gracias!!

Respuestas (3)

La longitud de onda de De Broglie de una partícula masiva se desplaza hacia el rojo en un universo en expansión.

La longitud de onda de De Broglie viene dada por:

λ = h pags

por lo tanto, un desplazamiento hacia el rojo de la longitud de onda de De Broglie simplemente significa que el impulso está disminuyendo, lo que para una partícula masiva significa que su velocidad relativa a nosotros está disminuyendo.

Y eso es exactamente lo que vemos. Supongamos que alguien en una galaxia distante dispara una partícula hacia nosotros con una velocidad inicial (relativa a nosotros) de v . A medida que la partícula cruza el espacio hacia nosotros, el espacio se expande bajo sus pies, por lo que la partícula se ralentiza. Veríamos que la partícula se ralentiza y, en ausencia de energía oscura, finalmente se detiene; en presencia de energía oscura, la partícula puede invertir la dirección y luego acelerar alejándose de nosotros.

El resultado es que observamos que la longitud de onda de De Broglie de la partícula aumenta a medida que el universo se expande.

@John_Rennie Gracias. Eso es precisamente lo que había pensado intuitivamente, pero no había encontrado ninguna mención. ¡Gracias de nuevo!
Mirando un poco más profundo, ¿no debería mantenerse este desplazamiento hacia el rojo para cualquier momento de partícula inicial (en un sistema no ligado)? Entonces, desde ese punto de vista, ¿las fluctuaciones de punto cero de una partícula masiva, que se manifiestan como fluctuaciones de momento, no necesariamente se desplazarían hacia el rojo también? Esto es en realidad lo que había estado investigando. ¡Gracias de nuevo!
@ R.Rankin una partícula libre no tiene energía de estado cero. En cualquier caso, la energía de punto cero no provoca fluctuaciones. La fluctuación está en el proceso de medición, no en el estado cuántico. Vea aquí para más sobre esto .

La diferencia entre partículas masivas y sin masa en el Universo en expansión está en sus densidades de energía. Dado que la energía de una partícula pesada proviene casi por completo de su masa, la densidad de energía se comporta como 1 r 3 , mientras que la energía del sin masa proviene de su longitud de onda, que cambia a medida que el Universo se expande, por lo que la densidad de energía de estas partículas es ∝ 1 r 4 .

Esto es cierto, pero no responde a la pregunta.

Esta respuesta (la respuesta más votada) es incorrecta. El corrimiento al rojo NO está relacionado con la disminución del momento de la partícula. Esta hipótesis (conocida como la hipótesis de la 'partícula cansada') ha sido refutada experimentalmente a favor de la hipótesis Doppler.

Si fuera cierto que el desplazamiento hacia el rojo fuera el resultado de una pérdida de impulso de la partícula, implicaría colisiones inelásticas entre la partícula y el medio interestelar. Estas colisiones también producirían un efecto de "manchado", además de ralentizar la partícula. Nunca se ha encontrado tal manchado. Esta es la base de mi respuesta.

La única explicación para el desplazamiento hacia el rojo es el bien conocido efecto Doppler, aplicado al Universo en expansión (no a la partícula en sí).

Referencia - Michael Berry - Principios de cosmología y gravitación, página 21 (capítulo 2, sección 3 - 2.3) Si cree que esta respuesta es incorrecta, esté preparado para citar una referencia para respaldar su afirmación. He enumerado una referencia arriba, pero CUALQUIER libro de texto de cosmología moderna respaldará mi afirmación.

La respuesta a la que te refieres es correcta. El momento de las partículas masivas (por ejemplo, los neutrinos del Big Bang) es mucho menor en el universo actual. No se requieren colisiones, al igual que los fotones del CMB no han interactuado con nada pero ahora tienen energías de microondas. El efecto Doppler no es responsable del corrimiento al rojo cosmológico; este es un error común que causa una serie de dificultades.
Creo que eres tú el que tiene la idea equivocada. El efecto doppler ES la causa del corrimiento al rojo. Busque cualquier libro de texto moderno, o no. Si tiene una referencia para respaldar su afirmación, por favor cítela. Aquí está mi Referencia - Michael Berry - Principios de Cosmología y Gravitación, página 21 (capítulo 2, sección 3 - 2.3)
ninguna de las otras teorías tiene ninguna validación experimental. No se observan manchas, lo que se observaría si se produjera algún tipo de cambio de impulso y causara el cambio. Hasta el momento, no se ha detectado tal manchado. Si puede citar una contrateoría, cite también cualquier validación experimental de la misma.
Tiene razón en que el corrimiento al rojo puede entenderse como un corrimiento Doppler, pero la velocidad peculiar de las partículas no relativistas también disminuye con el tiempo, por razones similares. Ocurre incluso en un universo newtoniano sin gravedad y con una esfera de partículas que se expande uniformemente. Una partícula con una gran velocidad peculiar termina siendo la más cercana a las partículas de Hubble con las velocidades más similares y, en relación con ellas, su velocidad peculiar es pequeña.
¿Por qué la longitud de onda de De-Broglie de las partículas masivas no se desplaza hacia el rojo en un universo en expansión?
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