Когда говорят, что после Большого взрыва Вселенная остыла, куда девалось тепло?

Когда Вселенная расширяется, важно понимать, что эволюция ее энергетического содержания зависит от формы вовлеченной энергии. Если вся эта энергия заключена в форме массовой энергии, то плотность этой материи уменьшится пропорционально относительному увеличению любого произвольного объема Вселенной (т. е. если расширение удвоит размер вещей, все объемы будут умножены на 8, и соответственно все плотности будут делиться на 8). Другими словами, если$a$- масштабный фактор Вселенной, и$\rho_m$его плотность вещества, мы имеем:

Следовательно, общее количество массовой энергии (которое$\rho_m \times a^3$) сохраняется. Что произойдет, если в энергетическом содержании Вселенной преобладает излучение? В этой ситуации помимо уменьшения плотности излучение также смещается в красную сторону пропорционально масштабному коэффициенту. Следовательно, если$\rho_R$– плотность энергии излучения, имеем:

Здесь полная энергия ($\rho_R \times a^3$) не сохраняется, что, как вы помните, не является проблемой в общей теории относительности. Период, о котором идет речь в вашем учебнике, вероятно, является эпохой радиации (примерно$50,000$лет истории Вселенной). Действительно, за это время Вселенная остыла таким образом, что уменьшилась общая энергия Вселенной. Он никуда не делся, он действительно в каком-то смысле «потерян».

И наоборот, у нас может быть ситуация, когда энергия накапливается. Это относится к любой модели темной энергии, но давайте не будем усложнять и рассмотрим случай космологической постоянной.$\Lambda$. Это соответствует постоянной плотности энергии. то есть$\rho_\Lambda$не зависит от$a$. Тогда полная энергия будет$\rho_\Lambda \times a^3$, и, следовательно, будет увеличиваться с расширением.

Здесь я вольно использовал слово «всего», учитывая, что оно не имеет большого значения в бесконечной вселенной. Более строгим выражением для «всего» будет любая произвольно выбранная сфера в сопутствующих координатах, если ее радиус превышает шкалу неоднородности.

Температура означает энергию. Тепловая энергия все еще здесь. Просто "объект" (Вселенная) стал больше, и эта энергия должна была распространяться через него. Чем больше энергии в одной точке, тем она горячее. Вот почему они говорят, что стало прохладнее. Это похоже на то, как расширяющийся газ от вашего спрея-дезодоранта холодный, когда он покидает банку, но внутри банки он был комнатной температуры. Энергия все та же.

Обратите внимание, что это всего лишь простая аналогия, и следует признать, что здесь задействованы гораздо более сложные процессы. Был задан ответ неспециалиста.

В случае ядерного синтеза выделяется большое количество тепла и тяги. Во времена Большого взрыва процесс был прямо противоположным. природа потребляла космологическое вещество, такое как тепло и тяга, для создания массы с помощью поля Хиггса. Следовательно, процесс охлаждения был просто естественным процессом. Прамод Кумар Агравал