Я читаю об ускоряющемся расширении Вселенной, и меня что-то поразило. Наблюдение за тем, что объекты, находящиеся дальше, ускоряются быстрее, и что ранние наблюдения создавали впечатление, будто мы находимся в центре Вселенной.
В частности, кажется, что расширяется сама Вселенная, а не вещи во Вселенной удаляются друг от друга. Вместо этого кажется, что само расширение создает больше пространства между содержимым.
Недавно я также видел удивительное видео о возможной смерти всего во вселенной. Мне это кажется странным, потому что, насколько я понимаю, энергия и материя никуда не исчезают, они просто меняются.
И это заставило меня задуматься, а что, если эта возможная тепловая смерть Вселенной — это просто расширение, в конечном итоге разрывающее все на части, пока каждая частица просто не окажется слишком далеко друг от друга, чтобы взаимодействовать.
По сути, по мере развития событий расширение будет влиять на содержимое Вселенной вплоть до уровня частиц.
Так ли это? Или я неправильно понимаю эту тему?
Насколько я понимаю, тепловая смерть Вселенной является следствием энтропии, а не расширения. Все процессы приводят к сдвигу некоторой энергии в сторону большей энтропии . Хотя наблюдаемая Вселенная является открытой системой, вся Вселенная является изолированной системой, поэтому, поскольку все больше и больше энергии смещается в сторону более высокой энтропии с течением времени, Вселенная в конечном итоге достигнет состояния, когда фактически никакая работа не может быть выполнена.
Редактировать: я считаю, что по крайней мере один из цитируемых авторов, доктор Кэррол, больше не придерживается позиции, на которой основан этот ответ.
Является ли возможная тепловая смерть Вселенной следствием расширения Вселенной?
Во-первых, я не физик и не астроном, а просто люблю читать научно-популярные книги, например, профессора Шона Кэрролла.
Есть одна идея, которая говорит да, возможно, и наоборот.
Если энергия вакуума существует однородно во всем пространстве и имеет отрицательное давление, это помогло бы объяснить, почему расширение Вселенной ускоряется. В пустом пространстве, где нет ничего, кроме энергии вакуума, это будет иметь отталкивающий эффект и оттолкнет другое пустое пространство от него, создав еще больше пустого пространства.
В новом пустом пространстве по-прежнему будет энергия вакуума, ускоряющая процесс.
В системе вселенной меньшие системы, такие как галактики с материей и темной материей, подавляющей энергию вакуума, останутся нетронутыми, но пустое пространство между ними и другими галактиками будет продолжать расширяться.
С одной стороны, я думаю, что это ускоряет тепловую смерть, поскольку в конце концов каждая галактика будет настолько изолирована расширением, что фактически больше не сможет достичь любой другой галактики, как только расширение достигнет точки, за которой не может проникнуть свет. от него или к нему можно было бы двигаться, учитывая, что его скорость ограничена.
По сути, это создает новую систему с наблюдаемым горизонтом размером со вселенную. Но с гораздо меньшей энергией в нем. Вместо того, чтобы иметь всю энергию во Вселенной, он имеет только энергию своей галактики и пустого пространства до своего наблюдаемого горизонта. Энергия его излучения также будет легче рассеиваться.
Как указывал call2voyage, энтропия всегда будет возрастать, и один из способов сделать это — найти тепловое равновесие. Таким образом, когда небольшое количество энергии внутри галактики заменяется пустым пространством, ей будет намного легче найти тепловое равновесие, чем если бы она находилась в объеме, с которым взаимодействуют другие галактики и участки темной материи.
Что касается того, почему эта тепловая смерть может привести к ускорению Вселенной, оказывается, что даже когда Вселенная находится в тепловом равновесии, ее температура все еще больше нуля из-за квантовых флуктуаций частиц и античастиц, которые появляются и исчезают. вне существования.
Учитывая невообразимое количество времени, вместо простой частицы и античастицы, колеблющихся в существовании, может появиться что-то более сложное, например, карандаш, мозг Больцмана или другая вселенная.
Однако они, похоже, ведут к более низкому состоянию энтропии, что противоречит второму закону термодинамики .
Наоборот, инфлатону было бы гораздо легче 1 колебаться в существовании и вызывать это внезапное событие с низкой энтропией, которое на самом деле было бы способом увеличения энтропии.
Инфлатон имеет чрезвычайно высокую плотность энергии и быстро расширяется. По мере надувания его плотность энергии постепенно уменьшается. Насколько я понимаю, это уменьшение не имеет прямого отношения к увеличению объема пространства, а просто к тому, как ведет себя инфлатон.
В какой-то момент плотность энергии снижается до точки, где энергия превращается в знакомые нам типы энергетических полей и, в конце концов, в частицы. Это также происходит, когда прекращается инфляция и происходит повторный нагрев , бариогенгезис и рекомбинация , оставляя после себя космический микроволновый фон ; момент, когда вселенная достаточно остыла, чтобы стать прозрачной (где, как и до отпечатка реликтового излучения, вселенная была слишком горячей и плотной, чтобы свет не мог во что-то врезаться).
Что интересно в этой идее, так это то, что она позволяет энтропии всегда увеличиваться, принимая максимальное энтропийное состояние Вселенной (тепловая смерть), и далее увеличивать ее за счет квантовой флуктуации инфлатонной частицы — гораздо более вероятной флуктуации, чем больцмановский мозг или другую вселенную — и создать еще один большой взрыв.
Поскольку плотность энтропии фона настолько низка, легче колебаться в маленьком протоинфляционном пятне, чем во вселенной, похожей на нашу сегодняшнюю. 1
Эта новая вселенная тоже в конце концов встретит свою тепловую смерть и найдет тепловое равновесие; создавая среду для другого инфлатона, который колеблется в другой большой взрыв и продолжает увеличивать энтропию. Учитывая достаточное количество времени, кажется, что будет бесконечное количество вселенных в результате постоянно растущей энтропии.
В каком из них мы находимся, остается загадкой, но в этом вопросе важно то, что он объясняет, почему Вселенная зародилась в состоянии с низкой энтропией; на самом деле он начинался с состояния максимальной энтропии, но переходил в состояние низкой энтропии с относительно простой квантовой флуктуацией.
Поэтому мы считаем, что инфляция действительно обеспечивает естественные начальные условия для Вселенной, которую мы видим, как только мы помещаем ее в надлежащий контекст большего пространства-времени, которое упрямо пытается увеличить свою энтропию. 1
Из-за случайной природы квантовых флуктуаций эта новая вселенная будет отличаться от нашей. Он по-прежнему будет в значительной степени однородным, и реликтовое излучение будет выглядеть таким же гладким, как у нас, но оно не будет дублировать наше.
Кэрролл С.М., Че Дж. (2005) Обеспечивает ли инфляция естественные начальные условия для Вселенной?
Возьмите воздушный шарик и надуйте его, пока он не станет твердым. Затем возьмите мягкую ручку, которая не лопнет шарик, и нарисуйте на нем множество точек, расположенных на достаточном расстоянии друг от друга. Воздушный шар — это вселенная, а точки — галактики. Теперь посадите муравья на одну из галактик и начинайте дальше надувать шарик. С точки зрения муравья, его галактика неподвижна и находится в центре, при этом все другие галактики удаляются, и более отдаленные галактики удаляются быстрее всех.
Затем поместите муравья на одну из других галактик и попытайтесь визуализировать ситуацию так, как он ее видит. Этот второй муравей также увидит себя в центре вселенной, где все другие галактики уносятся прочь, причем самая дальняя из них удаляется быстрее всех. Неважно, на какую точку или галактику вы поместите муравья, картинка всегда будет выглядеть одинаково. В воздушном шаре есть сила упругости, которая всегда пытается его сжать, но расширение сопротивляется этой силе. Ее аналогом в галактическом масштабе является гравитация, которая всегда пытается сопротивляться расширению и постепенно замедляет его. До недавнего времени считалось, что в конце концов гравитация победит, и Вселенная остановится и схлопнется сама по себе, превратившись в сжимающуюся, сдвинутую в синий цвет Вселенную. постепенно ускоряясь и приближаясь к разрушению в так называемом Большом хрусте. Но затем темная энергия поставила крест на работе.
Темная энергия — это таинственная сила, которая, по мнению астрономов, слишком сильно ускоряет расширение, чтобы гравитация могла его замедлить и остановить. К такому выводу их привели наблюдения и измерения красного смещения далеких сверхновых типа 1а. Однако измерения трудно произвести и трудно интерпретировать, поэтому всегда существует вероятность ошибки. Это также вводит новые трудности, такие как единственная вселенная без причины, которая будет продолжать расширяться вечно в черное ничто космоса, делая невозможными Большое Сжатие и Большой Отскок, которые следуют за ним, если нынешние интерпретации данных окажутся неверными. быть правильным. Модель Большого сжатия не была полностью отвергнута, хотя в настоящее время предпочтение отдается теории темной энергии. Темная энергия имеет тот недостаток, что никто не может объяснить, откуда она берется или где скрывается, а также она противоречит 1-му закону термодинамики. Некоторые люди говорят, что 1-й Закон неприменим в космическом масштабе, но это звучит как особая мольба.
Тепловая смерть Вселенной, как говорит 2voyage, является энтропийным эффектом, обусловленным 2-м законом термодинамики, от которого по какой-то причине нельзя отказаться в космическом масштабе, хотя от 1-го закона можно. В отличие от 1-го закона, 2-й закон имеет более дюжины различных формулировок. С точки зрения темной энергии, ускоренного расширения мы говорим о холодной смерти Вселенной, поскольку черное небытие, в которое она, как сообщается, направляется, также очень холодно.
call2voyage