Berücksichtigen Sie die Strahlungsenergie in der Aussage "Gesamtenergie des Universums ist Null"

Die Gesamtenergie des Universums besteht aus der Massenenergie aller Materie (sowohl normaler als auch dunkler), der Massenenergie der Strahlung und der dunklen Energie plus der Gravitationspotentialenergie des Universums (die negativ ist). Die Hypothese ist, dass diese Summen Null sind. Dafür gibt es meines Wissens keine experimentellen Beweise.

Aber es gibt gute Beweise für die Größe der verschiedenen Masse-Energie-Terme. Die besten aktuellen Schätzungen sind, dass die Masse-Energie des Universums ist:

• 73 % – Dunkle Energie
• 23 % – Dunkle Materie
• 3,6 % -- Interstellares Gas
• 0,4 % -- Sterne (einschließlich Schwarzer Löcher)
• v. klein -- Relativistische Neutrinos
• v. small -- Strahlung (CMB und stellare Strahlung kombiniert)

Dieses Gleichgewicht ändert sich. Während sich das Universum ausdehnt, variiert die Dichte der Materie (dunkel und normal) mit der umgekehrten 3. Potenz der Größe des Universums. (Materie bleibt gleich und das Volumen dehnt sich als Würfel des Radius aus.)

Aber die Dichte der dunklen Energie bleibt konstant, da sie eine Eigenschaft des leeren Raums ist.

Die Strahlungsdichte ist proportional zur umgekehrten 4. Potenz des Radius, denn das vergrößerte Volumen verdünnt nicht nur die Strahlung wie die Materie, sondern die Strahlung wird auch rotverschoben, was eine zusätzliche Potenz des Radius beiträgt.

(Das bedeutet übrigens, dass der Anteil der gesamten Masse-Energie des Universums an Strahlung mit der Zeit abnimmt und derzeit auf 1000:1 Materie:Strahlung geschätzt wird.)

Strahlung scheint also einfach zu klein zu sein, um eine Rolle zu spielen.

Ich habe in Hawkings Buch The Theory of Everything gelesen, dass die Gesamtenergie des Universums Null ist.

Es ist nicht wahr.

Er erklärte dies, indem er sagte, dass zwei Körper, die durch einen Abstand getrennt sind und eine gewisse Masse haben, potentielle Energie und die gleiche Menge an negativer Energie mit dem Gravitationsfeld besitzen.

Das stimmt auch nicht. Wenn man diese beiden Körper aufeinander fallen lässt, wird ihre potenzielle Gravitationsenergie in kinetische Energie umgewandelt. Wenn dann die Körper kollidieren, wird ein Teil dieser kinetischen Energie abgestrahlt, und Sie haben ein Massendefizit . Beachten Sie jedoch, dass es sich nur um ein Massendefizit handelt. Die beiden Körper verschwinden nicht und enden als Null-Energie-Nichts. Außerdem ist die Gravitationsfeldenergie nicht negativ, sie ist positiv. Deshalb sagte Einstein: "Die Energie des Gravitationsfeldes soll genauso gravitativ wirken wie jede andere Art von Energie" .

Beachten Sie, dass Sie, wenn Sie einen 1-kg-Stein in die Luft werfen, daran arbeiten. Sie geben ihm kinetische Energie*. Die Schwerkraft wandelt diese kinetische Energie dann in potenzielle Gravitationsenergie um und der Ziegel wird langsamer. Beachten Sie, dass sich diese Gravitationspotentialenergie im Ziegel befindet, nicht im Gravitationsfeld oder anderswo. Sie haben am Ziegel gearbeitet, und wenn sich der Ziegel an der Spitze seines Bogens befindet, ist seine Masse größer. Wenn also der Ziegelstein auf die Erde fällt, endet das Massendefizit. Wenn Sie also den Ziegelstein mit 11,7 km/s nach oben werfen, hat er eine Fluchtgeschwindigkeit. Es verlässt das System und nimmt die ursprüngliche Masse-Energie im Wert von 1 kg zusammen mit dem Massenäquivalent der kinetischen Energie von 11,7 km / s weg.

Daraus schloss er, dass die Gesamtenergie des Universums Null ist.

Ich fürchte, das ist popwissenschaftlicher Müll. Hawking kam immer mit solchen Dingen heraus, und nur wenige würden ihn wegen des Rollstuhls kritisieren. Diejenigen, die dies taten, erhielten in der Regel keine Werbung.

Aber hier habe ich eine Frage: Wie erklären wir Energie, die in Form von Strahlung vorliegt?

Durch Messung des CMBR. Es gibt nicht viel Strahlung im Vergleich zu anderen Sachen. Der Artikel über dunkle Energie des Universums sagt, dass Strahlung nur etwa 0,005 % der Massenenergie des Universums ausmacht.

^{* Während die Erhaltung des p=mv-Impulses bedeutet, dass es einen Effekt auf die Erde gab, ist dieser sehr gering. Die kinetische Energie KE=½mv² wird nicht gleichmäßig verteilt, da sich die Erde nicht nachweisbar bewegt hat.}

Es muss die gleiche Situation sein, als ob im einfachen Modell Massestücke von der Oberfläche der beiden Massen wegfliegen würden. Es würde nicht viel kinetische Energie erfordern, im großen und ganzen$mc^2$Skala, um diese Bits dazu zu bringen, in einer Newtonschen potenziellen Energie ins Unendliche zu fliegen, aber Sie hätten eine riesige$mc^2$von Ihrem System verloren. Sie müssen also auch einen ähnlichen Verlust in der allgemeinen relativistischen Gravitationspotentialenergie haben, wenn die Energie ursprünglich Null war.

Die verlorene Strahlung muss also auch einen erheblichen Verlust an potenzieller Energie darstellen, nicht nur die winzige gravitative Rotverschiebung. Ich weiß nicht, wie Hawking die potenzielle Energie zählt, um die Energie auf Null zu bringen, aber es kann nicht das einfache Newtonsche Potenzial sein. Denken Sie daran, dass die Null in einer potenziellen Energieskala normalerweise keine physikalischen Konsequenzen hat, da nur Änderungen des Potenzials von Bedeutung sind, aber um die Gesamtenergie auf Null zu bringen, muss er eine Möglichkeit haben, eine relevante Skala zu erhalten. Viel formalere mathematische Argumente sind verfügbar, wie zum Beispiel http://www.prespacetime.com/index.php/pst/article/view/81, aber selbst diese werden von Experten diskutiert, die der Fähigkeit, die Gesamtenergie auf Null zu bringen, jeweils unterschiedliche Bedeutung beimessen. Es ist überhaupt nicht klar, dass die Gesamtenergie eine relevante physikalische Größe in der Allgemeinen Relativitätstheorie ist, aber für diejenigen, die es so machen wollen, wie Hawking es tut, könnte es tatsächlich möglich sein.

Beachten Sie auch, dass die winzige Energie in der heutigen Strahlung für diese Frage nicht wirklich relevant ist, da es um die Entstehung eines Universums geht. Als das Universum entstand, war Strahlung extrem wichtig, daher muss die Frage für jeden gestellt werden, der wünscht, dass die Energie Null ist. Die eigentliche Frage scheint zu sein, ob das überhaupt ein wichtiges Ziel ist oder nicht.