Anziehende Schwerkraft hat negative Energie, was ist mit abstoßender Schwerkraft in der Inflationsphase?

Alan Guths kosmische Inflationstheorie postuliert, dass sich etwa 10^-38 Sekunden vor dem Urknall, der zu unserem speziellen Universum führte, ein winziges Fleckchen Raum mehr als 100 Mal verdoppelte, von subatomarer Größe auf etwa 1 cm. Diese "Inflation" endet nun, die potentielle Energie des Skalarfeldes in diesem kieselgroßen Säuglingsuniversum wandelt sich in eine heiße Suppe aus Teilchen und Strahlung um, und was wir den Urknall nennen, ist diese heiße Suppe, die sich ausdehnt.

Die Theorie erklärt den Beginn und das Ende der Inflation folgendermaßen: Diesen winzigen Fleck durchdrang ein Skalarfeld, dessen potentielle Energiekurve zufällig eine besondere Form hatte, die Unterdruck verursachte, und Unterdruck bewirkte, dass die Schwerkraft eher abstoßend als anziehend war. daher die Inflation. Wie ein Ball, der auf einem Hügel sitzt, ist diese potenzielle Energie nicht stabil und würde irgendwann die Kurve hinunterrollen. Dieser potenzielle Energieverlust verwandelt sich in Materie und Strahlung und beendet die Inflationsphase.

Jetzt, während der Inflationsphase, dehnt sich der Raum mit einer konstanten Energiedichte aus, daher scheint Energie maschig erzeugt zu werden, was möglicherweise gegen die Energieeinsparung verstößt. In Videos seiner Vorträge über Inflation erklärt Professor Alan Guth, dass die Gesamtenergie des Universums tatsächlich auf einem Nettowert von Null oder einem sehr niedrigen Wert konserviert wurde, weil die obige (positive) Energie genau durch die negative Energie der Schwerkraft ausgeglichen wurde. Ich kann verstehen, dass die anziehende Schwerkraft negative Energie hat, aber sollte die abstoßende Schwerkraft nicht positive Energie haben?

Was ist „abstoßende Schwerkraft“?
Selbst in der speziellen Relativitätstheorie hängen Energie und Impuls als Vektoren von Lorentz-Transformationen ab, und die Energieerhaltung funktioniert in einem bestimmten Rahmen, nicht im absoluten Wert. In der Allgemeinen Relativitätstheorie ist es noch schlimmer, da es die Einstein-Gleichungen sind, die Werte definieren, die in verschiedenen Koordinatensystemen unterschiedlich sein können, da die Koordinaten selbst in den Gleichungen enthalten sind. Energieeinsparung kann also nur in Grenzen zu flachen Räumen definiert werden, afaik. siehe physical.stackexchange.com/questions/3688/…
daher scheint Energie macisch erzeugt zu werden, was möglicherweise gegen die Energieeinsparung verstößt. Nicht wahr. Energie wird in GR immer lokal eingespart, und es gibt niemals eine globale Einsparung. Die Inflation ist keine Ausnahme von beiden Aussagen. Siehe physical.stackexchange.com/questions/2838/…
Guth erklärt, dass die Gesamtenergie des Universums tatsächlich auf ein Netz von Null oder einem sehr niedrigen Wert konserviert wurde. Dies ist spekulativ und kann derzeit durch keine brauchbare physikalische Theorie auf rigorose Weise ausgedrückt werden. Das liegt daran, dass wir derzeit keine Theorie haben, die über die Gesamtenergie des Universums sprechen kann oder ob so etwas erhalten bleibt.
Die Formulierung dieser Diskussion in Bezug auf abstoßende Schwerkraft und positive oder negative Energie funktioniert im Grunde nicht. Wenn Guth es in einem populären Vortrag so beschreibt, versucht er damit, die allgemeine Würze der Ideen zu vermitteln. Es ist nicht etwas, das streng gemacht werden kann. GR sagt, dass die Quelle der Gravitationsfelder der Spannungs-Energie-Tensor ist, nicht eine skalare Masse-Energie-Dichte. Was Guth Laien als „positive oder negative Energie“ beschreibt, wird tatsächlich in Bezug auf Energiebedingungen beschrieben: en.wikipedia.org/wiki/Energy_condition

Antworten (2)

In dem, was Sie lesen, entwickelte Guth das Konzept der Inflation und der dunklen Energie. Diese Konzepte wurden nicht vollständig verstanden oder entwickelt, als er zum ersten Mal schrieb, also verwendete er einige vage Begriffe für sie. Negative Gravitation wird jetzt dunkle Energie genannt. In der Entwicklung der Physik wird seitdem angenommen, dass Dunkle Energie eine positive Energiedichte hat, daher ist die Antwort auf Ihre Frage ein "Ja".

Hier ist ein Link zu einer verwandten Frage zur Energieeinsparung in GR, bei der die Antworten Ihre Frage sehr deutlich ansprechen: Energieeinsparung in der Allgemeinen Relativitätstheorie

Beachten Sie sowohl diesen Link als auch den anderen von @user4552 in den Kommentaren, beachten Sie, dass die „Null-Energie-Hypothese“ für unser Universum, auf die sich Guth bezog, nicht wahr ist, da die Energie des gesamten Universums in GR undefinierbar ist, und Energie ist in GR nicht universell erhalten.

Beachten Sie, dass für beide Links ein Physics SE-Poster argumentierte, dass Energie erhalten bleibt, aber nur auf sein eigenes Papier verwies – was NICHT die Art und Weise ist, wie man zeigt, dass der Konsens von Physikexperten einen POV UNTERSTÜTZT, sondern eher zeigt, dass der Konsens den POV ablehnt.

Ich glaube nicht, dass Sie auf diese Frage eine eindeutige Antwort bekommen werden. Also werde ich einige Spekulationen hineinwerfen.

Es gibt keine abstoßende Schwerkraft. Das bedeutet nicht, dass die anziehende Schwerkraft nicht in Abstoßung umgewandelt werden kann.

Nehmen wir ein Beispiel für Abstoßung, erklärt durch den Austausch von (virtuellen) Teilchen. Zwei Körper können einander Teilchen zuwerfen und sich dadurch voneinander lösen - Abstoßung. Dies ist im Sinne der Impulserhaltung einfach zu verstehen.

Versuchen Sie nun, Anziehung in Form von Teilchenaustausch zu erklären! Die Teilchen müssen einen umgekehrten Weg nehmen. Im Grunde wird hier Abstoßung in Anziehung umgewandelt.

Ich versuche nicht zu sagen, dass elektromagnetische Anziehung/Abstoßung so funktioniert. Ich gebe nur eine der Mainstream-Erklärungen dafür an.

In gleicher Weise ist das natürliche Ergebnis der "Menge verschiedener Tensoren" Anziehung. Jede Abstoßung muss diese Anziehung umkehren. Im Grunde wäre es eine Umkehrung der Raumkrümmung.

Die Natur allein, ohne intelligentes Eingreifen, ist nicht in der Lage, diese Umkehrung vorzunehmen. Aus diesem Grund hatten wir keine natürlichen Szenarien/Objekte zum Beobachten und Experimentieren mit dieser umgekehrten Krümmung. Dies ist anders als in anderen Bereichen der Physik wie Elektromagnetismus, wo uns die Natur Objekte und Szenarien zur Verfügung stellt, mit denen wir experimentieren und diese Felder formulieren können.

Alle Wissenschaftler, einschließlich Einstein, haben die Einwegkrümmung formuliert. Denn das ist nur eines, das uns zum Experimentieren und Formulieren zur Verfügung steht.

Die Natur allein ist also zu dieser Umkehrung nicht fähig. Urknall (Inflation) und Supernova-Explosionen können mögliche Ausnahmen davon sein. Wir verstehen vielleicht nicht ganz, was dort vor sich geht.

Dunkle Energie ist möglicherweise eine Umkehrung der Raumkrümmung, die zum Zeitpunkt der Inflation entwichen (weggelaufen) und sich im Universum ausgebreitet hat und später auf lokaler Ebene durch lokale Krümmungen überschrieben wurde.

Also, IMHO, keine abstoßende Schwerkraft, nur anziehende Schwerkraft drehte sich um.

Eine Umkehrung der räumlichen Krümmung - analog zu den Effekten, die man nach einigen ungewöhnlich heftigen Fahrzeugkollisionen sieht - war mir auch in den Sinn gekommen, bevor ich meine eigene Antwort formulierte (oder eine halbe Antwort, weshalb Ihre vermutlich vorweggenommen wurde). it), aber ich würde gerne sehen, dass Sie sich mit der Bestimmung für negative Gravitationsmasse befassen, die ich darin beschrieben hatte, da, ehrlich gesagt, ihre Zeugnisse am kanadischen Perlmutter Institute überwiegen alle Ihre eigenen, die ich sehen kann. Auch Guths Buch „The Inflationary Universe“ beschreibt keine Kollision – außer einer Materie/Antimaterie-Kollision – unter den Möglichkeiten.
(Eine Materie / Antimaterie-Kollision als Inflationsquelle wurde von Guth aufgrund des Fehlens eines hellen Flecks am Himmel ausgeschlossen, obwohl ich denke, dass das OP sich dessen bewusst wäre.)
Abstoßende Schwerkraft kann in der Nähe von Domänenwänden auftreten.