Почему температура ранней Вселенной уменьшается по мере ее расширения? [дубликат]

Согласно теории Большого взрыва, Вселенная охлаждалась по мере расширения. Я хотел бы знать, почему температура снижается? И под «почему» я имею в виду как . Что вызывает снижение температуры, каков физический процесс?

Для простоты давайте рассмотрим раннюю Вселенную после образования протонов и нейтронов, но до появления молекул, так что мы имеем нечто, напоминающее одноатомный газ. Температура такого газа определяется средней кинетической энергией ϵ а в г частиц:

Т "=" 2 3 ϵ а в г К б о л т г м а н н

Если температура Т уменьшается, то ϵ а в г должен уменьшаться. По каким причинам ϵ а в г уменьшать? Популярное объяснение идеального газа в цилиндре состоит в том, что частицы совершают работу при втягивании поршня и теряют энергию. Но можем ли мы применить это объяснение к расширяющейся Вселенной? Я так не думаю. Если частицы теряют энергию, куда девается эта энергия? Частицы не сталкиваются с краем вселенной (воображаемым «поршнем»), так как им не с чем сталкиваться. Края нет, так как все пространство расширяется.

Возможно, охлаждение происходит из-за чего-то похожего на эффект Джоуля-Томсона, когда расширение реального газа в вакуум вызывает охлаждение из-за преобразования кинетической энергии молекул в потенциальную энергию.
В эпоху, которую вы описываете, во Вселенной преобладала радиация, а не материя. Во Вселенной, в которой преобладает излучение, есть довольно привлекательное полуручное объяснение охлаждения, которое заключается просто в том, что космологическое расширение увеличивает длину волны фотонов. Если частицы теряют энергию, куда девается эта энергия? Общая теория относительности не имеет сохраняющейся скалярной меры энергии, за исключением особых случаев, таких как асимптотически плоское пространство-время. Вот почему, например, фотон в современной Вселенной может терять энергию из-за космологического расширения.
Я тоже задавался этим вопросом, но пришел к другому выводу. Вселенная может охлаждаться при расширении только в том случае, если она изначально была горячей и плотной. Непонятно, почему он должен начинаться как «горячий». Разве адиабатическое охлаждение не предполагает, что самая ранняя Вселенная изначально была такой холодной и плотной (настолько холодной, насколько это возможно)? В этом случае эта проблема исчезнет. Вселенная будет нагреваться по мере расширения, а не охлаждаться, поскольку мерой ее тепла будет фоновое излучение. Я не утверждаю, что знаю. Я не. Но предположение о том, что Вселенная зародилась как горячее, оправдывает себя.

Ответы (1)

Я думаю, вы уже определили концепцию, о которой следует подумать, дело не в том, что частицы теряют энергию, а в том, что расширяющаяся Вселенная снижает давление этого теоретического газа, а температура зависит от давления, являясь более или менее мерой энергии. плотность.

Это не может быть ответом! Если вы расширите идеальный газ в более крупный вакуумный сосуд, давление уменьшится без изменения температуры. Только если вы адиабатически расширите объем, двигая стенки газового сосуда, то получите понижение температуры за счет работы, совершаемой газом на стенках.
Я считаю, что этот ответ обсуждает это более подробно, чем мне удалось. физика.stackexchange.com/a/57080/93704
Почему температура ранней Вселенной уменьшается по мере ее расширения? [дубликат]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v