Warum sagen sie, dass das Universum mit der Expansion kalt wird?

Das Universum dehnt sich aus und es wird gesagt, dass es schließlich kalt wird und die Bildung neuer Sterne aufhört.

Aber Galaxien bewegen sich nur voneinander weg, und jede Galaxie selbst bleibt intakt, und die Aktivitäten zur Sternentstehung usw. finden innerhalb von Galaxien statt.

Warum also sollte die Expansion des Universums dies beeinflussen, wenn sich die Galaxien selbst nicht ausdehnen?

Antworten (3)

Während sich das Universum ausdehnt, ist es wahr, dass diese Ausdehnung die relative Position von astronomischen Körpern innerhalb von Galaxien nicht beeinflusst.

Aber wann und wie werden Galaxien gelöscht 1 , ist ein komplexer Vorgang und der genaue Mechanismus ist Gegenstand vieler astronomischer Studien.

Es scheint unwahrscheinlich, dass die universelle Expansion allein der Grund dafür ist, dass Galaxien gelöscht werden.

1 Galaxien, die die Sternentstehung gestoppt haben, werden als „ausgelöscht“ bezeichnet.

Wenn sich der Raum ausdehnt, sinkt die Gesamttemperatur, weil es mehr leeren und kalten Raum geben wird. Auch wenn die Galaxien selbst nicht abkühlen, wird es für den Großteil des Universums kalt sein.

In sehr ferner Zukunft werden sogar Galaxien kalt sein, da nicht mehr genug Material vorhanden sein wird, um Sterne zu bilden.

Ein Gas zu expandieren bedeutet nicht, es abzukühlen. Es hängt sehr stark davon ab, wie Sie es tun, aber Sie können isotherme Ausdehnungen haben (sie sind insbesondere Teil eines Carnot-Zyklus). Das ideale Gasgesetz bezieht sich nicht linear auf Temperatur und Volumen, es sei denn, Sie barostatisieren ein geschlossenes System. Selbst wenn es so wäre, scheint mir die Modellierung des Universums als ideales Gas eine kühne Idee zu sein
„ Wenn sich ein Gas ausdehnt, kühlt es ab (siehe ideales Gasgesetz). „Das ideale Gas kühlt sich beim Expandieren nur ab, wenn es mit etwas Kühlerem in Kontakt kommt oder arbeitet. Wogegen arbeitet das Universum in Ihrem Modell oder wird durch Kontakt gekühlt?
Ok, entfernen wir den Vergleich mit idealen Gasen (obwohl ich mich so an die Beziehung zwischen dem Skalierungsfaktor und der Temperatur des Universums erinnere).

Mein Laienverständnis ist, dass die Galaxien ihre Energie verbrauchen und kalt werden, und da aufgrund der Expansion nichts Neues hereinkommt, bleiben sie so.

Was meinst du damit, ihre Energie zu verbrauchen? Die Gesamtenergie bleibt erhalten. Ich nehme an, Sie meinen kinetische thermische Energie. Wie verbrauchen sie es?
Planeten kühlen ab, Sterne erschöpfen ihren Treibstoff und brennen aus usw. Die Energie wird verbraucht und schließlich in minderwertige Wärme umgewandelt, die sich selbst ausbreitet und sobald die Energieverteilung ein Gleichgewicht erreicht hat, kann keine Energie mehr hin und her fließen, um Arbeit zu verrichten.
Wo geht die Energie hin? Sie sagen, dass es mit der Zeit in Wärme umgewandelt wird, was der Idee des Abkühlens widerspricht
Damit Wärme Arbeit verrichten kann, muss es ein Gefälle geben, über das sie fließt. In einem geschlossenen System, wenn die Temperatur von allem darin gleich ist, findet kein Wärmefluss statt, weil es bereits im Gleichgewicht ist. Einverstanden? An diesem Punkt kann die Wärme keine Arbeit leisten, weil sie nicht fließen kann. Wenn sich die Wärme aller Galaxien über den expandierenden Raum ausbreitet, erreicht alles schließlich ein Gleichgewicht (selbst wenn sich das Universum nicht ausdehnt, solange es nicht schrumpft). Aus diesem Grund laufen Automotoren, die Wärmekraftmaschinen sind, viel heißer als die Umgebungstemperatur.
Die Frage bezieht sich jedoch nicht auf eine Galaxie oder die Fähigkeit, Arbeit zu produzieren, sondern auf die Temperatur des Universums. Die Temperatur ist die durchschnittliche kinetische Energie pro Teilchen. Es ist eine intensive Menge. Für eine bestimmte Menge an Wärmeenergie und ein bestimmtes System ist die Durchschnittstemperatur gleich. Ich stimme der Idee nicht zu, dass die Verteilung der Energie eine niedrigere Durchschnittstemperatur bedeutet (die Verteilung variiert, aber der Durchschnitt ist gleich). Das Absenken der Temperatur impliziert eine Übertragung von Wärmeenergie auf etwas anderes.
@BarbaudJulien Was ich lese, ist, dass Sie die Durchschnittstemperatur des Universums als "Gesamtenergie im Universum dividiert durch die Anzahl der Teilchen im Universum" definieren, die beide konstant bleiben (?). Willst du damit sagen, dass du denkst, dass die Durchschnittstemperatur des Universums gleich bleibt? Die Hintergrundtemperatur des Weltraums ist definiert als die Energie der Photonen, die ohnehin einem schwarzen Körper bei dieser Temperatur entsprechen, und nicht die kinetische Energie in Atomen oder Molekülen.
Nicht Gesamtenergie, thermische kinetische Energie. Es kann in andere Formen umgewandelt werden. Ich sage, eine Antwort auf die Frage muss erwähnen, durch welche Prozesse. Sie haben darauf hingewiesen, dass potenzielle Spaltungsenergie auf natürliche Weise in Wärme umgewandelt wird, was der umgekehrte Prozess ist (Hinzufügen der Wärmeenergie aus anderen Formen).
@BarbaudJulien Du meinst wie Schwarzkörperstrahlung, die thermisch in Photonen umgewandelt wird?
Die von einem Stern abgestrahlte Energie kann von anderen Körpern absorbiert werden, dh die Wärmeenergie nimmt dann nicht ab, sondern wird einfach ausgetauscht. Wenn Sie jedoch vorschlagen, dass mit der Expansion des Universums die Wahrscheinlichkeit einer Absorption durch die geringe Dichte der Körper verringert wird, was dazu führt, dass Körper im Wesentlichen in den leeren Raum strahlen und sich abkühlen, ist dies ein Vorschlag, der für mich befriedigender ist. Es klingt nach einem plausiblen Mechanismus (aber es beinhaltet eine Expansion, im Gegensatz zu dem, was Sie oben erwähnt haben).
@BarbaudJulien Ich habe es mir kurz angesehen und die Hintergrundtemperatur des Weltraums ist definiert als die Temperatur eines schwarzen Körpers, der Photonen ausstrahlt, die dieselbe Energie wie das Photon im Weltraum haben (vermutlich das CMB). Wenn also alle Energie letztendlich irgendwie als Wärme in Materie endet, wird sie schließlich alle als Photonen über einen schwarzen Körper abgestrahlt. Wenn sich der Weltraum ausdehnt, werden diese Photonen rotverschoben. Photonen mit längeren Wellenlängen haben weniger Energie als kürzere Wellenlängen, aber hier wird es etwas seltsam, da es Referenzrahmen und Energieeinsparungen in der Rotverschiebung gibt, die mir an dieser Stelle ein Rätsel sind.
Warum sagen sie, dass das Universum mit der Expansion kalt wird?
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