Nimmt die Gesamtmasse des Universums ab?

Umgang mit dem Beispiel eines isolierten Sterns. Während seiner Lebensdauer führt die Kernfusion letztendlich zu Strahlung aus der Photosphäre, die Energie in den Weltraum transportiert. Als Ergebnis muss die Masse des Sterns abnehmen, weil die gesamte Masse-Energie erhalten bleibt.

Eine weitere erhaltene Eigenschaft ist jedoch die Baryonenzahl (die Gesamtzahl von Protonen und Neutronen). Wie bleibt diese Zahl erhalten, obwohl die Masse abnimmt? Die Antwort ist, dass die Baryonen als massereichere Kerne mit negativer Bindungsenergie zusammenkommen.

Betrachten wir nun ein mitbewegtes Volumen im Universum (also eine Kiste, die sich proportional zum Universum als Ganzes ausdehnt), dann wird immer mehr Wasserstoff und Helium zu schwereren Elementen verschmolzen, was die Masse im Universum reduziert Form von Atomen und Kernen. Dies wird jedoch teilweise durch die abgestrahlte Energie (geteilt durch$c^2$) in Form von Photonen und Neutrinos, die sich in der Box befindet.

Ich sage teilweise, weil Sternreste wie Neutronensterne und Weiße Zwerge eine negative Gravitationsbindungsenergie haben, die ihre Gravitationsmasse reduziert.

All dies verblasst im Vergleich zu anderen kosmologischen Phänomenen, die in der Kiste vor sich gehen, zu völliger Bedeutungslosigkeit. Die Strahlungsenergiedichte nimmt mit dem Skalierungsfaktor hoch vier ab, sodass die mitbewegte Strahlungsenergie mit dem Skalierungsfaktor abnimmt. Die Strahlungsenergiedichte ist jedoch viel kleiner als die Materiedichte (zu jeder Epoche, in der Sterne entstehen können), die wiederum kleiner ist als die Energiedichte des Vakuums (auch bekannt als dunkle Energie). Die Vakuumenergiedichte scheint konstant zu sein. Das bedeutet, dass die Vakuumenergie in einem mitbewegten Volumen mit der dritten Potenz des Skalierungsfaktors zunimmt.

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass das, was allgemein als "Masse" bezeichnet wird, (leicht) abnimmt, aber die Gesamtmasse / -energie scheint ungefähr mit der dritten Potenz des Skalierungsfaktors zuzunehmen.

Nimmt die Gesamtmasse des Universums ab?

Nein. Natürlich kann ich das nicht beweisen, aber ich kann sagen, dass wir kein Beispiel kennen, in dem Energie nicht gespart wird. Energieerhaltung gilt für alle Situationen, die wir kennen. Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Wenden Sie diesen Grundsatz auf das Universum an, da die Masse eines Körpers ein Maß für seinen Energiegehalt ist , und die Antwort auf die Frage lautet nein.

Kernfusion führt zur Umwandlung einer kleinen Menge Masse in Energie. Jedoch scheint kein (oder wenige) physikalische Phänomen Energie in Masse umzuwandeln.

Strahlung wandelt eine kleine Menge Masse in Energie um. Deshalb sagte Einstein : „Wenn ein Körper die Energie L in Form von Strahlung abgibt, verringert sich seine Masse um L/c²“ . Dieser Körper könnte ein brennender Scheit sein. Es gibt kein Massenerhaltungsgesetz. Beachten Sie jedoch, dass Sie, wenn Sie die Energie enthalten, ihre Massenäquivalenz berücksichtigen müssen. Siehe https://arxiv.org/abs/1508.06478 von van der Mark und (nicht Nobel) 't Hooft. Wenn Sie ein Photon in einer Spiegelbox einfangen, erhöht es die Masse dieses Systems. Die Masse des brennenden Scheits nimmt etwas ab, aber die Strahlung des brennenden Scheits trägt zur Masse des Universums bei, die sich nicht ändert.

Da wir so viele Sterne haben, findet im Kern eine großräumige Fusion statt. Nimmt die Nettomasse des Universums ab?

Nein, die Masse der Sterne nimmt ab. Wenn Sie einen brennenden Holzscheit in einem Spiegelkasten auf einer Waage hatten, nimmt die Anzeige auf der Waage nicht ab.

Ich habe eine relevante Notiz über Schwarze Löcher gefunden, die besagt: Laut Hawking: Die Materie wird in Energie umgewandelt und ein Teil der Energie wird in gleiche Mengen an Materie und Antimaterie umgewandelt, die Materie verlässt das Schwarze Loch, aber die Antimaterie geht im Inneren des Schwarzen Lochs und verringert dadurch seine Masse.

Das ist Unsinn, fürchte ich. Antimaterie hat keine negative Masse. Wir kennen keine Teilchen, die eine negative Masse oder negative Energie haben.

Letztendlich wird das Schwarze Loch nach Millionen oder sogar Milliarden von Jahren verdampft sein. vollständig. Das bedeutet also, dass jede Materie, die in das Schwarze Loch gelangt, für dessen Zerstörung verantwortlich ist.

Ich fürchte, die Hawking-Strahlung bleibt hypothetisch. Und selbst wenn das Schwarze Loch verdampft wäre, gilt immer noch die Energieerhaltung. Diese Energie ist immer noch im Universum mit ihrer Massenäquivalenz, also ändert sich die Masse des Universums nicht.

Beachten Sie, dass einige Leute Ihnen sagen werden, dass ständig dunkle Energie erzeugt wird, was bedeuten würde, dass die Masse des Universums zunimmt. Dies ist jedoch auch hypothetisch.