Photonen im expandierenden Raum: Wie wird Energie konserviert? [Duplikat]

Da Sie sagen, dass Sie darüber sprechen, was lokal passiert (in einem kleinen Umfang), werde ich von diesem Standpunkt aus antworten. Die übliche Formulierung der Energieerhaltung in einem solchen Volumen ist, dass Energie in einem Trägheitsbezugssystem erhalten bleibt . In der Allgemeinen Relativitätstheorie gibt es keine wirklich inertialen Koordinatensysteme, aber in einem ausreichend kleinen Volumen gibt es Referenzsysteme, die mit jeder gewünschten Genauigkeit ungefähr träge sind. Wenn Sie Ihre Aufmerksamkeit auf einen solchen Rahmen beschränken, gibt es keine kosmologische Rotverschiebung . Die Energie des Photons, wenn es auf einer Seite des Rahmens eintritt, ist die gleiche wie die Energie, wenn es auf der anderen Seite austritt. Es gibt also kein Problem mit der Energieeinsparung.

Das (scheinbare) Versagen der Energieerhaltung tritt nur auf, wenn man Volumina betrachtet, die zu groß sind, um von einem einzigen Trägheitsbezugssystem umfasst zu werden.

Um etwas genauer zu sein, in einem kleinen Volumen$V=L^3$eines generischen expandierenden Universums, stellen Sie sich vor, die bestmögliche Annäherung an einen Trägheitsreferenzrahmen zu konstruieren. In diesem Rahmen bewegen sich Beobachter in der Nähe einer Kante in Bezug auf Beobachter in der Nähe der anderen Kante mit einer Geschwindigkeit, die durch das Hubble-Gesetz gegeben ist (in führender Reihenfolge).$L$). Das heißt, in einem solchen Rahmen ist die beobachtete Rotverschiebung eine gewöhnliche Doppler-Verschiebung, die keine Probleme mit der Energieeinsparung verursacht.

Wenn Sie mehr Details wünschen, haben David Hogg und ich in einem AJP-Papier in beträchtlicher (vielleicht sogar übermäßiger!) Länge darüber geschrieben .

Es geht darum, das Universum gegen die Kräfte der Schwerkraft und Trägheit zu erweitern. Das ist wie ein adiabatisch expandierendes Gasvolumen: Das Gas wird kühler, wenn das Volumen zunimmt. Wo geht die Energie hin?

Diese Antwort sollte in dieser Frage bleiben .

Die Erhaltung der Energie ist (früher) ein Eckpfeiler im Rahmen der Physik. Ohne das kann alles passieren.

Mal sehen, wie Energie gespart werden kann.

Galaxien bewegen sich mitgerissen durch die Weltraumexpansion. Wenn Atome in Bewegung sind, verschiebt der Dopplereffekt die Spektren der emittierten Photonen, wie @anna answer im obigen Link gezeigt hat.

Das Massenverhältnis von Proton zu Elektron,$\frac{m_e}{m_p}$wurde in der Geschichte des Universums als konstant gemessen, aber über die Konstanz der Masse des Elektrons kann nichts gesagt werden (an die Downvoter: ein Hinweis ist willkommen).

Die Energie des Photons gehorcht der Sommerfeld-Beziehung,$E_{jn}=-m_e*f(j,n,\alpha,c)$, wie hier zu sehen , und es ist offensichtlich, dass ein rotverschobenes Spektrum mit einem größeren erhalten wird$m_e$.

Die Spektrallinien sind nicht nur auf das Wasserstoffatom zurückzuführen; Es gibt andere Spektrallinien aufgrund von molekularen Wechselwirkungen, aufgrund von elektrischen/magnetischen Dipolen usw., und so die elektromagnetische Wechselwirkung, das Coulombsche Gesetz,$F_{}=\frac{1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}\cdot \frac{q1\cdot q2}{d^2}$müssen analysiert werden.

Wenn wir die Masse skalieren$m_e$durch die Relation$\alpha(t)$(nicht im Zusammenhang mit der obigen Feinstrukturkonstante), wobei$t$Zeit (Vergangenheit) ist, sollten wir auch die Ladung und die Entfernung mit demselben Faktor skalieren, was genau denselben Wert ergibt$F_{}=\frac{1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}\cdot \frac{q_1\cdot q_2\cdot \alpha^ 2(t)}{d^2\cdot \alpha^2(t)}$. Somit verhält sich das System mit und ohne Transformation gleich. Das gleiche Verfahren zeigt, dass auch das universelle Gravitationsgesetz unempfindlich gegenüber der Skalierung des Atoms ist. Dies sollte nicht völlig überraschen, da die Skalierung von Massen, Ladungen, Zeiteinheiten und Entfernungen routinemäßig in Computersimulationen verwendet wird, die das Universum auf konsistente Weise nachbilden.

Die Schlussfolgerung ist, dass es keine Möglichkeit gibt, zwischen dem Spektrum eines sich bewegenden Atoms und dem eines skalierten Atoms zu unterscheiden.

Die Photonen, die früher von einem größeren Atom emittiert wurden, werden nun ohne Änderung seiner Wellenlänge und damit unter Energieerhaltung empfangen .

Der Mainstream-Standpunkt, der sich nicht bewusst war, dass die Skalierung des Atoms die gleichen Beobachtungsergebnisse lieferte, hat vor langer Zeit die zurückweichende Interpretation angenommen. Folglich gehorchen die aus dieser Interpretation abgeleiteten Modelle (BB, Inflation, DE, DM, ) nicht den allgemeinen Gesetzen des Universums, nämlich dem Energieerhaltungssatz.

Mein Standpunkt bietet eine Ursache für die Raumerweiterung . Sie können darüber nachdenken, es sei denn, Sie fühlen sich wohl mit: „Raum dehnt sich aus“, Punkt, ohne bekannte Ursache.

In der Physik geht es um Ursachen und Warums, unterstützt durch geeignete Referenzen. Ich habe die grundlegendsten Gesetze verwendet, um zu zeigen, dass den Naturgesetzen eine andere Sichtweise eingeschrieben ist. Ich habe nur Grundgesetze verwendet , die keiner Peer-Review unterzogen werden müssen, da es sich um Mainstream-Physik handelt .

Als ich vor langer Zeit meinen Abschluss als Elektronikingenieur machte, akzeptierte ich naiv, dass die Felder (elektrostatische und gravitative) von den Teilchen stammen und sich ausdehnen$c$Geschwindigkeit, ohne entleert zu werden. Aber jetzt, älter aber nicht senil, gehe ich ausnahmslos davon aus, dass es im Universum keine 'kostenlosen Mittagessen' gibt und somit die Energie von den Teilchen (schrumpfend) auf die Felder (wachsend) übertragen werden muss.

Diese neue Sichtweise wird formalisiert und mit der verglichen$\Lambda CDM$Modell in einem strengen Dokument, mit der Ableitung der Maßstabsbeziehung$\alpha(t)$das der Evolution des Universums entspricht, at:
Ein selbstähnliches Modell des Universums enthüllt die Natur der dunklen Energie
, dem ältere Dokumente vorangegangen sind, at arxiv:
Cosmological Principle and Relativity - Part I
Eine relativistische Zeitvariation von Materie/Raum passt sowohl lokal als auch kosmisch Daten

Ps: Kann jemand eine Möglichkeit bieten, zwischen dem Spektrum eines sich bewegenden Atoms und dem eines skalierten Atoms zu unterscheiden? (Vielleicht den Atomkern untersuchen und die Häufigkeit des Isotopenverhältnisses ermitteln (D / H-Entwicklung und andere), wie Herr Webb es getan hat)