Soru:
Tekrar genişleme: enerji nereden geliyor?
Vroomfondel
2014-01-21 04:04:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Evrendeki baryonik kütleye birbirinden uzaklaşarak, yani kuvvetin yönünün tersine daha yüksek bir yöne doğru hareket ederken, potansiyel enerjideki genel artışı istemek mantıklı mı? birbirlerindeki enerji durumu ne kadar zayıf yerçekimi alanı? Doğanın bu konuda sayısal bir simülasyon gibi ("etkileri ihmal edilebilir hale getirecek kadar büyük olduğunu düşündüğü bir mesafe, öyleyse tamamen unutalım") bu konuda aynı şekilde yaklaştığını hayal edemiyorum, yani enerji sıfır olamaz .. . nereden geliyor?

Iki yanıtlar:
#1
+6
Stan Liou
2014-01-21 06:29:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kavramsal olarak burada birkaç şey oluyor.

Enerji tasarrufu nereden geliyor? Modern anlayışta enerji, Noether'in ilk teoreminde bulunan zaman öteleme simetrisinin Noether yüküdür. Ancak genel görelilikte metrik dinamiktir ve bu nedenle genel olarak herhangi bir zaman öteleme simetrisimiz yoktur. Statik uzay zamanları bunu yapar ve aynı zamanda yerçekimine dayalı sistemden (örneğin, asimptotik olarak düz uzay zamanlarının ADM enerjisi) çok uzakta simetrik zaman dönüşümünü yeniden kazanan uzay zamanları için bir enerji tasarrufu biçimi vardır. Ancak bunlar istisnalar, kural değil.

Diğer bir deyişle, genel görelilikte, küresel olarak geçerli olan skaler bir "enerji" kavramına sahip değiliz. Boşuna, ne korunmuş ne de ihlal edilmiştir.

Peki ya yerel olarak? Yerel bir eylemsizlik çerçevesinde, enerji tam olarak korunur, ancak yerçekimi kuvvetleri tam olarak kaybolur.

Kozmoloji bağlamında yapabileceğiniz bir şey, Friedmann denklemlerine bazılarının kozmik genişlemeyi tanımlayan terimler ile enerji yoğunluğu, basınç ve kozmolojik sabit arasında bir denge kurarak bir tür enerji korunumu analoğu. Friedmann denklemleri, Einstein eğrilik tensörü ile gerilim-enerji tensörünü bağlayan Einstein alan denkleminin bileşenlerinden gelir: $ G _ {\ mu \ nu} = 8 \ pi T _ {\ mu \ nu} $. Bu yoruma göre, Einstein eğriliği daima maddenin uzay-zamandaki stres-enerjisini tam olarak dengeler. Ancak bu, dinamik bir yasanın yalnızca yeniden ifade edilmesidir, bu nedenle gerçekten bir "koruma" yasası değildir.

Einstein alan denkleminin kendisi Einstein-Hilbert eyleminden bulunabilir ve Noether'in ikinci teoremini uygulamaya çalışmak, basitçe, stres-enerji tensörünün kovaryant türevinin yok olduğunu gösterir: $ \ nabla_ \ nu T ^ {\ mu \ nu} = 0 $, ki bu $ \ nabla \ cdot \ mathbf {B} = 0 $ elektromanyetizmaya benzer: "[gerilim enerjisi / manyetik alan] için yerel kaynak veya havuz yok herhangi bir yer." Bu aslında önemsizdir, çünkü Einstein eğriliğinin kovaryant türevi her zaman kaybolur (herhangi bir fizik içermeyen bir geometri teoremi), bu nedenle Noether'in ikinci teoremi bize başka türlü bildiğimizden daha fazlasını söylemedi.

Çünkü Türev kısmi değil eşdeğişken, birçok insan bunu gerçek bir koruma yasası olarak görmüyor. Kesinlikle uzay-zamanda orada "ne kadar" enerji "ne kadar" olduğuna dair hiçbir bilgi vermez - bu hala tanımlanmamıştır.

Yani şu sorunlarımız var:

  • Küresel enerji yok koruma, çok özel uzay zamanları dışında genel göreliliktir ve Big Bang modelleri için kullanılan FRW ailesi uygun değildir.
  • Yerel bir eylemsizlik çerçevesinde enerji tam olarak korunur, ancak yerçekimi kuvveti yoktur. (Yerel eylemsizlik çerçeveleri zaten yalnızca birinci dereceden yaklaşımlar olarak mevcuttur.)
  • Einstein alan denklemi, Einstein eğriliğinin maddenin gerilim enerjisini tam olarak dengelediği şeklinde yorumlanabilir, bu da Friedmann denklemlerinin yorumlanmasıyla motive edilir. kozmik genişleme ile yerel enerji, basınç ve kozmolojik sabit arasında bir denge olarak kozmoloji. Bununla birlikte, bu aslında dinamik bir yasadır.
  • Stres enerjisinin kovaryant türevinin yok olması, kavramsal olarak yanıltıcı olsa da, yerel enerji korunumunun bir analoğu olarak yorumlanabilir.

Ek : Uzamsal olarak sonlu bir evrenin toplam enerjisinin tam olarak sıfır olduğu başka bir anlamın daha olması dikkat çekicidir. Sezgisel olarak, kapalı bir yüzeydeki içeriği ölçmeye çalışabilir ve ardından evrendeki her şeyi kapatmaya çalışmak için bu yüzeyi genişletebiliriz. Bununla birlikte, kapalı bir evren için, bu yüzey bir noktaya kadar daralacak ve böylece hiçbir şeyi çevrelemeyecektir (Dünya'nın kuzey kutbu etrafında bir daire çizin ve onu tüm Dünya yüzeyini çevrelemeye çalışmak için genişletin - sadece bir noktaya kadar daralır. Güney kutbu).

Daha biçimsel olarak, uzaysal olarak sonlu bir evrene yaklaşan asimptotik olarak düz evrenler dizisi (bunun için enerji aslında tanımlanmıştır ) bulunabilir. Yaklaşık evrenlerin "kıstırıldığı" ve asimptotik olarak düz bölgeden ayrıldığı (böylece aslında sonlu hale geldiği) sınırda, ADM enerjisi 0 $ 'a gider.

Bu gerçekten harika bir cevap ve her seferinde biraz daha gevezelik ederek onu ara sıra tekrar okuyorum: D
#2
+1
Gerald
2014-01-21 06:17:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tamamen tatmin edici olmayan yanıt: Kara enerji. Resmi olarak kozmolojik sabit ile ölçülür.

Bu enerjinin doğası hakkında pek çok hipotez vardır. Kuantum teorik açıklamaları olası adaylar olarak kabul edilir; Casimir etkisi, en azından vakum enerjisinin varlığını göstermenin deneysel olarak erişilebilir bir yoludur.



Bu Soru-Cevap, otomatik olarak İngilizce dilinden çevrilmiştir.Orijinal içerik, dağıtıldığı cc by-sa 3.0 lisansı için teşekkür ettiğimiz stackexchange'ta mevcuttur.
Loading...