Ich lese über die beschleunigte Expansion des Universums und etwas ist mir aufgefallen. Die Beobachtung, dass weiter entfernte Dinge schneller wegbeschleunigten und dass frühe Beobachtungen es so aussehen ließen, als ob wir uns im Zentrum des Universums befinden würden.
Insbesondere scheint es, als würde sich das Universum selbst ausdehnen und nicht, dass sich die Dinge innerhalb des Universums voneinander entfernen würden. Stattdessen scheint es, als ob die Erweiterung selbst mehr Platz zwischen den Inhalten schafft.
Kürzlich sah ich auch ein erstaunliches Video über den letztendlichen Tod von allem im Universum. Das kommt mir seltsam vor, denn so wie ich es verstehe, verschwinden Energie und Materie nicht, sie verändern sich nur.
Und es brachte mich zum Nachdenken, was wäre, wenn dieser eventuelle Hitzetod des Universums einfach diese Expansion wäre, die schließlich alles auseinander reißt, bis jedes Teilchen einfach zu weit voneinander entfernt ist, um zu interagieren.
Grundsätzlich wird die Expansion im weiteren Verlauf die Inhalte des Universums sogar bis auf die Partikelebene beeinflussen.
Ist dies der Fall? Oder verstehe ich dieses Thema falsch?
Soweit ich es verstehe, ist der Hitzetod des Universums eine Folge der Entropie, nicht der Expansion. Alle Prozesse resultieren in der Verschiebung von etwas Energie zu höherer Entropie . Obwohl das beobachtbare Universum ein offenes System ist, ist das gesamte Universum ein isoliertes System. Wenn also im Laufe der Zeit immer mehr Energie zu höherer Entropie verschoben wird, wird das Universum schließlich einen Zustand erreichen, in dem praktisch keine Arbeit mehr geleistet werden kann.
Bearbeiten: Ich glaube, dass mindestens einer der zitierten Autoren, Dr. Carrol, nicht mehr die Position vertritt, auf der diese Antwort basiert.
Ist der eventuelle Hitzetod des Universums auf die Expansion des Universums zurückzuführen?
Erstens bin ich kein Physiker oder Astronom, sondern lese einfach gerne populärwissenschaftliche Bücher, wie die von Prof. Sean Carroll.
Es gibt eine Idee, die ja, möglicherweise, und umgekehrt sagt.
Wenn die Vakuumenergie im gesamten Weltraum homogen vorhanden ist und einen negativen Druck hat, würde dies helfen zu erklären, warum sich die Expansion des Universums beschleunigt. Im leeren Raum, wo es nichts als die Vakuumenergie gibt, würde es eine abstoßende Wirkung haben und den anderen leeren Raum von sich wegdrücken, wodurch mehr leerer Raum geschaffen wird.
In dem neuen leeren Raum wird immer noch die Vakuumenergie vorhanden sein, die den Prozess beschleunigt.
Im System des Universums bleiben die kleineren Systeme wie Galaxien mit Materie und dunkler Materie, die die Vakuumenergie überwältigen, intakt, aber der leere Raum zwischen ihnen und anderen Galaxien wird sich weiter ausdehnen.
In gewisser Weise denke ich, dass dies den Hitzetod beschleunigt, da schließlich jede Galaxie durch die Expansion so isoliert wird, dass sie effektiv keine andere Galaxie mehr erreichen kann, sobald die Expansion bis zu dem Punkt angewachsen ist, über den hinaus Licht kommt von oder zu ihm reisen könnte, da seine Geschwindigkeit begrenzt ist.
Dies schafft effektiv ein neues System mit einem beobachtbaren Horizont von der Größe eines eigenen Universums. Aber mit viel weniger Energie drin. Anstatt die gesamte Energie des Universums zu haben, hat es nur die Energie seiner Galaxie und des leeren Raums bis zu seinem beobachtbaren Horizont. Seine Strahlungsenergie würde sich auch leichter verdünnen.
Wie call2voyage betonte, wird die Entropie immer zunehmen, und eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, ein thermisches Gleichgewicht zu finden. Wenn also das Volumen der kleinen Energiemenge innerhalb der Galaxie durch leeren Raum ersetzt wird, wäre es für sie viel einfacher, ein thermisches Gleichgewicht zu finden, als wenn sie sich in einem Volumen befände, das andere Galaxien und Flecken dunkler Materie hätte, mit denen sie interagieren kann.
In Bezug darauf, warum dieser Hitzetod zur Beschleunigung des Universums führen könnte, stellt sich heraus, dass es selbst dann, wenn sich das Universum im thermischen Gleichgewicht befindet, aufgrund von Quantenfluktuationen von Partikeln und Anti-Partikeln immer noch eine Temperatur größer als Null hat aus der Existenz.
In einer unvorstellbar langen Zeit könnte statt eines einfachen Teilchens und Antiteilchens, das fluktuiert, etwas Komplexeres entstehen, wie ein Bleistift oder ein Boltzmann-Gehirn oder ein anderes Universum.
Diese scheinen jedoch in Richtung eines niedrigeren Entropiezustands zu gehen, was dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zuwiderläuft .
Stattdessen wäre es für eine Inflation viel einfacher 1 , zu fluktuieren und dieses plötzliche Ereignis mit niedriger Entropie dazu zu bringen, tatsächlich eine Möglichkeit zur Erhöhung der Entropie zu sein.
Die Inflation hat eine enorm hohe Energiedichte und dehnt sich schnell aus. Während es sich aufbläst, nimmt seine Energiedichte allmählich ab. So wie ich es verstehe, steht diese Abnahme nicht in direktem Zusammenhang mit dem zunehmenden Raumvolumen, sondern nur mit dem Verhalten der Inflation.
Irgendwann sinkt die Energiedichte bis zu einem Punkt, an dem sich Energie in die Arten von Energiefeldern verwandelt, mit denen wir vertraut sind, und schließlich in Teilchen. Dies ist auch der Zeitpunkt, an dem die Inflation aufhört und Wiedererwärmung , Baryogenese und Rekombination stattfinden, wodurch ein kosmischer Mikrowellenhintergrund zurückbleibt ; der Moment, in dem das Universum genug abkühlte, um transparent zu werden (wo das Universum wie vor dem Abdruck des CMB zu heiß und dicht war, als dass Licht nicht auf etwas stoßen könnte).
Das Interessante an dieser Idee ist, dass sie es ermöglicht, dass die Entropie immer zunimmt, indem sie den maximalen Entropiezustand des Universums (Wärmetod) nimmt und ihn mit einer Quantenfluktuation eines Inflationsteilchens weiter erhöht – eine viel wahrscheinlichere Fluktuation als ein Boltzmann- Gehirn oder ein anderes Universum – und einen weiteren Urknall erzeugen.
Da die Entropiedichte des Hintergrunds so gering ist, ist es einfacher, in einen kleinen proto-inflationären Fleck zu schwanken als in ein Universum, das wie das unsere heute aussieht. 1
Auch dieses neue Universum wird schließlich seinen Hitzetod erleiden und ein thermisches Gleichgewicht finden; Schaffung der Umgebung für eine weitere Inflation, um in einen weiteren Urknall zu schwanken und die Entropie weiter zu erhöhen. Bei genügend Zeit scheint es zu implizieren, dass es als Ergebnis einer ständig zunehmenden Entropie eine unendliche Anzahl von Universen geben wird.
In welchem wir uns befinden, wäre ein Rätsel, aber was an diesem Punkt zählt, ist, dass es erklären würde, warum das Universum in einem Zustand niedriger Entropie begann; es ging tatsächlich von einem Zustand maximaler Entropie aus, schwankte aber mit einer relativ einfachen Quantenfluktuation in eine niedrige Entropie.
Wir glauben daher, dass die Inflation natürliche Anfangsbedingungen für das Universum liefert, das wir sehen, sobald wir es in den richtigen Kontext einer größeren Raumzeit stellen, die hartnäckig versucht, ihre Entropie zu erhöhen. 1
Aufgrund der zufälligen Natur von Quantenfluktuationen wird sich dieses neue Universum von unserem unterscheiden. Es wird immer noch weitgehend homogen sein und ein CMB haben, das so glatt aussieht wie unseres, aber es wird kein Duplikat von unserem sein.
Carroll, SM, Che, J. (2005) Bietet Inflation natürliche Anfangsbedingungen für das Universum?
Nehmen Sie einen Ballon und blasen Sie ihn auf, bis er fest ist. Nehmen Sie dann einen weichen Stift, der den Ballon nicht platzen lässt, und markieren Sie viele Punkte in ziemlich gleichmäßigen Abständen. Der Ballon ist das Universum und die Punkte sind die Galaxien. Setzen Sie nun eine Ameise auf eine der Galaxien und beginnen Sie, den Ballon weiter aufzublasen. Aus Sicht der Ameise ist seine Galaxie stationär und im Zentrum, während sich alle anderen Galaxien entfernen und die weiter entfernten Galaxien sich am schnellsten entfernen.
Setzen Sie dann eine Ameise auf eine der anderen Galaxien und versuchen Sie, sich die Situation so vorzustellen, wie er sie sieht. Diese zweite Ameise wird sich auch im Zentrum des Universums sehen, während alle anderen Galaxien davoneilen, wobei sich die am weitesten entfernte von allen am schnellsten entfernt. Es spielt keine Rolle, auf welchen Punkt oder welche Galaxie Sie die Ameise setzen, das Bild wird immer gleich aussehen. Es gibt eine elastische Kraft im Ballon, die immer versucht, ihn zu kollabieren, aber die Ausdehnung widersteht dieser Kraft. Ihr Gegenstück im galaktischen Maßstab ist die Schwerkraft, die der Expansion immer wieder Widerstand entgegensetzt und sie allmählich bremst. Bis vor kurzem dachte man, dass irgendwann die Schwerkraft siegen würde und das Universum zum Stillstand gebracht und in sich zusammenfallen würde, um ein kontrahierendes, blau verschobenes Universum zu werden. Allmählich beschleunigend und in Richtung Zerstörung rasend in dem, was Big Crunch genannt wurde. Doch dann warf die Dunkle Energie einen Strich durch die Rechnung.
Dunkle Energie ist eine mysteriöse Kraft, von der Astronomen glauben, dass sie die Expansion zu sehr beschleunigt, als dass die Schwerkraft sie verlangsamen und stoppen könnte. Beobachtungen und Messungen der Rotverschiebung entfernter Typ-1a-Supernovae brachten sie zu diesem Schluss. Die Messungen sind jedoch schwierig durchzuführen und schwer zu interpretieren, sodass immer die Möglichkeit eines Fehlers besteht. Es führt auch neue Schwierigkeiten ein, wie ein einmaliges Universum ohne Ursache, das sich für immer in das schwarze Nichts des Weltraums ausdehnt und den Big Crunch und den Big Bounce, der darauf folgt, unmöglich macht, wenn sich die aktuellen Interpretationen der Daten herausstellen richtig liegen. Das Big-Crunch-Modell wurde nicht vollständig aufgegeben, obwohl dunkle Energie derzeit die bevorzugte Theorie ist. Dunkle Energie hat den Nachteil, dass niemand erklären kann, woher sie kommt oder wo sie sich versteckt hat, und sie verstößt auch gegen den 1. Hauptsatz der Thermodynamik. Einige Leute sagen, dass das 1. Gesetz nicht im kosmischen Maßstab gilt, aber das klingt nach einer besonderen Bitte.
Der Hitzetod des Universums, wie 2Reise sagt, ist ein Entropieeffekt aufgrund des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik, der aus irgendeinem Grund im kosmischen Maßstab nicht aufgegeben werden kann, obwohl der 1. Hauptsatz dies kann. Im Gegensatz zum 1. Hauptsatz hat der 2. Hauptsatz über ein Dutzend verschiedene Formulierungen. Aus der Sicht der dunklen Energie und der beschleunigten Expansion sprechen wir über den kalten Tod des Universums, denn das schwarze Nichts, in das es Berichten zufolge zusteuert, ist ebenfalls bitterkalt.
genannt2voyage