¿'Presión negativa' contrarrestando la gravedad?

La energía oscura puede describirse como un fluido con presión negativa .

Decimos que esta presión negativa contrarresta la gravedad y acelera la expansión del Universo.

Ahora considere, por ejemplo, una estrella. La gravedad contrae la estrella, pero la presión positiva (térmica) contrarresta el colapso.

Esto me confunde porque en ambos casos tenemos la gravedad como una fuerza hacia adentro, y en ambos casos tenemos presión contrarrestando la gravedad, sin embargo , en un caso es 'positiva' y en el otro es 'negativa'.

¿Cómo puedo conciliar esto?

En la estrella, la presión positiva de la materia la está separando. En el universo, la presión negativa (es decir, la tensión) del campo de gravedad en el que se asienta la materia la está separando.
@twistor59 Mmm... tu comentario me hizo pensar. Tal vez debería evitar pensar en la materia por completo: no es necesario entender DE En un Universo con solo DE, habrá una expansión acelerada, pero crucialmente parece que la presión es 'hacia afuera', lo que naturalmente sugiere 'positivo'.
De hecho, con presiones "positivas" suficientemente altas dentro de una estrella, la atracción gravitacional de la presión será mayor que la repulsión del gradiente de presión. Esto ayuda a establecer límites superiores teóricos para las masas de las estrellas de neutrones.

Respuestas (3)

Imagina que tienes una bola de gas del tamaño de una estrella que está en equilibrio, es decir, la presión del gas equilibra exactamente la fuerza gravitacional hacia adentro. Ahora imagina comprimir el gas. Esto tiene dos efectos:

El primer efecto es el obvio de que al comprimir el gas aumenta la presión, por lo que el resultado es una fuerza hacia el exterior y si dejamos de comprimir el gas esperamos que se expanda de nuevo. Este es el comportamiento estándar de la ley de Boyle que todos aprendimos en la escuela.

El segundo efecto surge de la relatividad general. Al comprimir el gas, hemos realizado un trabajo sobre él, por lo que el gas/estrella ahora tiene más energía que antes. Pero en GR la energía provoca la curvatura al igual que la masa. De hecho, el tensor de energía de tensión no distingue entre masa y energía: utiliza un valor único para la densidad de masa/energía utilizando la famosa fórmula mi = metro C 2 para igualar los dos. Entonces, al comprimir el gas, hemos aumentado la curvatura del espacio-tiempo causada por la estrella, por lo que hemos hecho que su campo gravitatorio sea más fuerte.

En la mayoría de las circunstancias, el aumento de la gravedad causado por la presión es insignificante y la presión tiene el efecto esperado, es decir, hace que la estrella se expanda. Sin embargo, en casos extremos, como el colapso de la estrella de neutrones mencionado por Chris en su comentario, el efecto gravitatorio de la presión supera su efecto sobre la expansión y la presión contribuye al colapso.

La energía oscura es bastante diferente. Empecé señalando que al comprimir el gas y aumentar la presión estamos haciendo trabajo sobre el gas/estrella y esto contribuye a su gravedad. Si tomas una región de vacío que contiene solo energía oscura y la comprimes , la energía oscura trabaja contigo, es decir, la energía del espacio que has comprimido disminuye. Esto es lo que queremos decir con una presión negativa. Debido a esto, la energía oscura no puede causar atracción de la forma en que lo hace la presión.

Supongo que estaba confundido con la definición de presión. Entonces, el punto clave es evitar pensar en 'presión hacia afuera versus gravedad hacia adentro' (es decir, la analogía de la estrella) sino más bien pensar en T m v . Es decir, la presión es solo una contribución a la energía, y si es negativa o no depende de cómo cambia la energía bajo compresión . ¡Muchas gracias Juan!
Dark energy is rather different. I started by pointing out that by compressing the gas and increasing the pressure we are doing work on the gas/star and this contributes to its gravity. If you take some region of vacuum containing just dark energy and compress it the dark energy does work on you i.e. the energy of the space you've compressed decreases.¿No violaría esto la ley 2 de la termodinámica, y si uno expandiera el espacio, crearía la energía adicional y podría crear Perpetuum Mobile? Debe haber un error en mi forma de pensar, le agradecería que me lo señalara. Gracias.
"De hecho, el tensor de energía de tensión no distingue entre masa y energía; utiliza un valor único para la densidad de masa/energía usando la famosa fórmula mi = metro C 2 para igualar los dos". Esto parece una simplificación excesiva. El tensor de tensión-energía no solo depende de la masa/energía. Incluso cuando asume que es isotrópico, todavía depende de la presión. de energía, que no sea como masa en reposo, crean mucha presión. En particular, un gas con masa METRO lo suficientemente comprimido para agregar energía mi no se comportará de la misma manera gravitacional que una masa METRO + mi / C 2 .

Debes distinguir dos cosas: la presión en sí misma y la gravitación que crea. En primer lugar, ¿por qué crea algo de gravitación? Porque la energía sí. No es la masa de la Tierra lo que nos empuja hacia abajo, es la energía de esa masa, mi = metro C 2 , que nos hace pesados ​​y no volando sino caminando.

Y la energía hace eso indirectamente. Primero, crea, "emite", un campo gravitacional, y luego, ese campo gravitatorio nos dice hacia dónde debemos ser atraídos. Eso es diferente de cualquier cosa que la energía pueda hacerte directamente; por ejemplo, actuando directamente, la energía podría calentarte.

Y la misma diferencia vale para la presión misma (su acción directa) y su efecto gravitatorio. Por ejemplo, puedes tirar de un resorte. Entonces tus manos sentirían su tensión directamente. Y si te paras cerca de alguien que tira del resorte, sentirías su efecto gravitatorio indirecto (sería más pequeño por el factor C − 1 de varios órdenes, y os atraería o repelería del manantial).

Eso es lo que sucede con la Energía Oscura. Tiene presión negativa y podría arrastrarnos con ella, pero no la sentimos. Se compensa, de la misma manera que no sentimos la presión atmosférica, y los peces de aguas profundas tampoco sienten la presión. Pero su efecto gravitacional indirecto aún permanece. Y lo observamos por la atracción general de las galaxias entre sí.

El signo del efecto gravitacional se encuentra en el signo del efecto gravitacional habitual de nuestras masas y energías positivas. La teoría debe ser simétrica con respecto al tiempo y el espacio, y cantidades temporales y espaciales similares. Por eso, la energía positiva atrae; la presión positiva atrae; y la presión negativa, o tirón, repele.

Pero, ¿qué causa esta presión negativa en primer lugar?
@dualredlaugh ¡A todos los teóricos les gustaría saber! ¡Pero nadie lo sabe! La llamamos la Energía Oscura porque son las únicas dos cosas que sabemos sobre ella: tiene algún tipo de energía y no da luz. Dos cosas más, para ser exactos: no puede ser ningún tipo de materia (por eso no se llama Dark Matter, y no está incluida en la Materia Oscura), y es extremadamente uniforme en todo el Universo. Eso es todo. Más allá de eso, solo tenemos conjeturas, y son absolutamente aleatorias.
Una presión suficientemente negativa repele.
@user50229 No, cualquier presión negativa repele. Es solo que rara vez hay presión sin energía. Y la energía positiva atrae. Entonces, la atracción y la repulsión luchan entre sí, se restan entre sí, y el efecto general podría ser atracción o repulsión. Pero incluso en el caso de la atracción, si mides la atracción, encontrarás que ha tenido lugar alguna repulsión.
@firtree quise decir que en el caso de la estrella g = −4πG(ρ + 3P) entonces P tiene que ser lo suficientemente negativo para hacer que (ρ + 3P) sea negativo y así causar una repulsión.
@ user50229 Estaba hablando de la misma fórmula,

Comprenda que puede mantener el término "Energía oscura" (= constante cosmológica) donde Einstein lo insertó originalmente, en el LHS de la ecuación, y verlo como una parte intrínseca del tensor de curvatura. Si es así, el tejido del espacio-tiempo "vacío" no sería perfectamente "plano" (Minkowskiano), sino que tendría una curvatura intrínseca, vagamente como la inclinación intrínseca hacia arriba de un remolque de plataforma, que se dobla hacia arriba cuando está vacío para soportar cargas más pesadas. .

¿Le gustaría especular si tal vez la "polaridad faltante" de la gravedad (masa negativa) reside de alguna manera dentro de la "tela" del espacio-tiempo mismo? En lugar de que la materia posea ambas polaridades de carga (más y menos, obedeciendo a "los opuestos se atraen" y "lo similar se repele"), ¿quizás toda la materia tiene una polaridad de masa (más) y todo el tejido del espacio-tiempo tiene la otra (negativa)? ¿Quizás, también, "los iguales se atraen" y los "opuestos se repelen" con la Gravedad?

¿Podría un tejido de espacio-tiempo que posee una "propiedad material" de "masa negativa" que repele la masa normal ser consistente con la Energía Oscura?

¿'Presión negativa' contrarrestando la gravedad?
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