Wenn sie sagen, dass das Universum nach dem Urknall abgekühlt ist, wo ist dann die Hitze geblieben?

Wenn sich das Universum ausdehnt, ist es wichtig zu verstehen, dass die Entwicklung seines Energiegehalts von der beteiligten Energieform abhängt. Wenn all diese Energie in Form von Massenenergie eingeschlossen ist, dann nimmt die Dichte dieser Materie proportional zur relativen Zunahme eines beliebigen Volumens des Universums ab (dh wenn die Ausdehnung die Größe der Dinge verdoppelt, werden alle Volumina multipliziert mit 8, und dementsprechend werden alle Dichten durch 8 dividiert). Mit anderen Worten, wenn$a$ist der Skalierungsfaktor des Universums, und$\rho_m$seine Materiedichte haben wir:

Daher ist die Gesamtmenge an Massenenergie (d. h$\rho_m \times a^3$) bleibt erhalten. Was passiert, wenn der Energieinhalt des Universums von Strahlung dominiert wird? In dieser Situation wird zusätzlich zur Abnahme der Dichte auch die Strahlung proportional zum Skalierungsfaktor rotverschoben . Daher, wenn$\rho_R$die Strahlungsenergiedichte ist, gilt:

Hier ist die Gesamtenergie ($\rho_R \times a^3$) nicht konserviert, was in der Allgemeinen Relativitätstheorie kein Problem darstellt. Der Zeitraum, auf den sich Ihr Lehrbuch bezieht, ist wahrscheinlich die Ära der Strahlung (ungefähr die erste$50,000$Jahre der Geschichte des Universums). Tatsächlich kühlte sich das Universum während dieser Zeit auf eine Weise ab, die die Gesamtenergie des Universums verringerte. Es ist nirgendwohin gegangen, es ist in gewisser Weise tatsächlich "verloren".

Umgekehrt können wir eine Situation haben, in der Energie gewonnen wird. Dies ist bei jedem Dunkelenergiemodell der Fall, aber halten wir es einfach und betrachten den Fall einer kosmologischen Konstante$\Lambda$. Dies entspricht einer konstanten Energiedichte. Das heißt$\rho_\Lambda$ist unabhängig von$a$. Die Gesamtenergie wird dann sein$\rho_\Lambda \times a^3$, und wird daher mit der Expansion zunehmen .

Hier habe ich das Wort „total“ locker verwendet, da es in einem unendlichen Universum nicht viel bedeutet. Ein strengerer Ausdruck für "gesamt" wäre jede willkürlich gewählte Kugel in sich bewegenden Koordinaten, solange ihr Radius über der Inhomogenitätsskala liegt.

Temperatur bedeutet Energie. Die Wärmeenergie ist immer noch da. Es ist nur so, dass das "Objekt" (das Universum) größer geworden ist, also musste sich diese Energie durch es ausbreiten. Je mehr Energie in einem einzelnen Punkt vorhanden ist, desto heißer ist es. Deshalb heißt es, es sei kühler geworden. Es ist, als ob das sich ausdehnende Gas Ihres Deodorantsprays kalt ist, wenn es die Dose verlässt, aber in der Dose Raumtemperatur hatte. Die Energie ist immer noch die gleiche.

Bitte beachten Sie, dass dies nur eine einfache Analogie ist, und es sollte anerkannt werden, dass viel komplexere Prozesse beteiligt sind. Es wurde um eine Laienantwort gebeten.

Bei der Kernfusion wird eine große Menge an Wärme und Schub erzeugt. Zur Zeit des Urknalls war der Prozess genau umgekehrt. Die Natur verbrauchte die kosmologische Substanz wie Hitze und Schub, um mithilfe des Higgs-Feldes Masse zu erzeugen. Daher war der Abkühlungsprozess nur ein natürlicher Prozess. Pramod Kumar Agrawal