膨脹中的宇宙依然符合能量守恆定律嗎?

時間 2021-05-07 21:24:29

1樓:佐羅

好的,邀我那就複製貼上下:

宇宙膨脹最可能的是來自暗能量,暗能量最可能來自反物質。

星系內也有暗能量,或者叫暗物質,但星系內的暗物質主要都是正物質,正物質產生正引力,使星系內的天體,物質匯聚成星系。

而反物質廣泛分布在星系之間,並且產生反引力使星系之間的距離加速遠離。因為反物質之間也是反引力,因此反物質能量很難聚集形成巨集觀上的物質或天體(雖然反物質能量仍然可以以強力弱力的方式結合,只是由於引力是反的很難形成更大尺度的巨集觀物質)。所以反物質以暗能量的方式近乎均勻地分布在星系之間,並成為宇宙膨脹的動力。

只不過由於反物質也是有限的,隨著宇宙膨脹單位空間的能量也會越來越稀薄從而宇宙膨脹的加速度是越來越小的。

再作下補充:

正物質和反物質的引力

正物質和正物質之間一定存在引力,反物質和反物質之間一定存在反引力(斥力),而正物質和反物質之間,則是如下情形:

假設有一正一反兩個物質(能量體)質點,正物質質量記為m1,反物質質量記為-m2,當m1 - m2大於0,質點間為引力,當m1 - m2 < 0,質點間為反引力(斥力),因此正反物質之間是引力還是斥力,取決於能量優勢。

中性物質,受引力場作用,但本身不產生引力場(準確地說是能量不會疊加到引力場中,但如果有其他產生引力場的正反物質,中性物質與它們仍然有引力作用。比如正物質和正物質之間符合萬有引力公式 ,而正物質和中性物質之間也存在正引力,但會小於 )。

2樓:陳雪明

《物質原理綱要》從天體物質與空間物質的相互作用做出推斷,隨著宇宙的演變,宇宙物質的結合潛能降低,物質的運動動能增大。

能量是物質相對運動的表現形式,能量的源泉來自於物質的相互作用的結合能的釋放。

如果我們把宇宙看作乙個孤立體系,則天體物質十空間物質的總量是不變的,宇宙演化是天體物質與空間物質從分離狀態向融合的結合態轉變的過程,這個過程釋放的能量驅動物質運動,使物質發生運動,逐漸達到在空間上的均勻分布。

根據以上原理,宇宙中存在多方面的膨脹:

1、在空間尺度上,天體在空間的分布趨向膨脹;

2、在天體尺度上,天體體積趨向增大,天體質量密度降低;

3、在物質微粒尺度上,微粒體積趨向增大,微粒質量密度降紙。

一切宇宙趨勢性現象受以上規律所支配。

3樓:林右有川

你應該問為什麼膨脹中的宇宙這一現象不符合人類認知中的能量守恆定律。

盡量不要用已知的去強行套在未知的事物上。

在宇宙中,人類充其量也就是個弟弟。

要對宇宙保持敬畏。

4樓:徐晨

這更像乙個哲學問題。

這問題類似於,乙隻螞蟻在思考楊超越吼的那一嗓子消耗了多少卡路里。

我們的步伐最多才邁出了月球到地面的距離,我們的智慧型存在最多也不超過地球的年齡。

卻在問"宇宙發胖的卡路里是否均衡?"

牛頓時期的物理學大樓被廣泛的認為已經建成了。後來卻出現了蒲朗克愛因斯坦薛丁格波爾一群人。把古典物理學大樓拆了個精光。

所以,以後會不會又出現一群"討厭"的人,又雙叒叕推倒現代物理學基礎?

至少有一點,在黑洞的視界之內,現有的物理定律會失效。

所以,以我們人類當下的認知能力,題主這個問題是無解的。

我們還很無知,認知的天花板離我們遠了去了。虛心,耐心,任何不符合當下我們認知的腦洞都是沒有意義的。

我又想到了乙個假設的情景,

秦始皇,這麼大的始皇帝竟然不會刷知乎?!

但,他知道去尋找長生不老的秘方。

所以,繼續我們的愚蠢吧,別太讓後人嘲笑我們就是了。

5樓:

開個腦洞民科一把。參考理想氣體狀態方程PV=nRT

如果體積在增加,是不是有啥在減少……例如微波背景輻射、甚至光速、蒲朗克常數等?

6樓:矽基生物

印象中是這樣的:

膨脹中的宇宙每一部分都符合能量守恆(即使考慮了暗能量也是守恆的),但是整體不符合。

這倒是和數學上的希爾伯特旅館有點像:

7樓:shiyin shen

這是個有趣的問題,嚴格理解應該用廣義相對論去,本人沒系統學過。。。

提供乙個經典熱力學框架下的說法,很多宇宙學教科書上有。

假設宇宙是滿足熱力學第一定理的,宇宙的膨脹是個絕熱過程,那麼我們看看會得到什麼?

dU+PdV=0

U是我們說的能量, , 是能量密度,PdV是做的功。

如其他同學說的,如果宇宙中沒有輻射,沒有暗能量,P=0,顯然能量是守恆的。

如果有輻射和宇宙學常數(真空能),會怎樣呢?

做一些簡單的推導可以得到

其中,a是宇宙的尺度因子,簡單的理解就是宇宙的尺度大小,膨脹宇宙中,a是時間的函式。

是狀態方程中的因子,有。

對於真空能, 是常數,, 。看,P是負數,所謂負壓力!宇宙的能量隨著膨脹增加是因為負壓力對宇宙做了功!

8樓:盧健龍

這個問題的答案取決於宇宙的「成分」。 @黃崧 的回答不完全正確。

Noether theorem告訴我們的是連續對稱性對應守恆律,比如時間平移不變性和空間平移不變性。並不是所有的對稱性都是連續對稱性,比如粒子物理學中經常出現的C、P、T對稱性就都是離散對稱性。對於連續對稱性,我們可以通過構造Noether current來得到守恆量,跟本題相關的例子就是時間平移不變性和能量守恆。

但並不能說沒有時間平移不變性就一定沒有能量守恆。這是因為不同的宇宙成分的能量密度隨宇宙膨脹的變化規律不同。

現代宇宙學的標準模型的中心是FLRW度規,其中隨時間變化的尺度因子(scale factor)描述了宇宙的膨脹。對於普通的物質來說,其能量密度正比於尺度因子的負三次方;對於輻射來說,其能量密度正比於尺度因子的負四次方,可以理解為在粒子密度隨尺度因子三次方下降的同時,其波長也隨尺度因子的一次方增長;而由宇宙學常數(cosmological constant)描述的暗能量的能量密度則不隨尺度因子變化。

因此不難看出,如果乙個宇宙只含有物質的話,那麼是可以維持能量守恆的。但現在的宇宙模型除了物質以外還包含輻射和暗能量,因此確實不符合能量守恆。

9樓:黃崧

(拋磚引玉果然管用,主要參考 @盧健龍 和 @melonsyk 的答案吧,學過理論物理的比我靠譜多了。我的答案是結合現在大家預設的宇宙學模型的乙個通俗的,我用來提醒我自己的理解,非常不嚴謹。)

根據Nother定理,自然界中的每乙個對稱性都會產生乙個守恆量。能量守恆是時間平移對稱的產物,動量守恆是空間平移對稱的產物。。。等等。

閔可夫斯基度規描述下的時空 (符合狹義相對論) 是有時間平移對稱性的,因此能量守恆被遵守。宇宙在小尺度上可以看成如此。

然而在宇宙學尺度上,均勻,各向同性,膨脹的宇宙是被FLRW (弗里德曼-勒梅-羅伯特森-沃克) 度規描述的。這是廣義相對論下,愛因斯坦場方程的乙個解。在這個度規下,時間平移對稱是不成立的,因此也不符合能量守恆。

所以,對我們的膨脹中的宇宙,能量守恆不是乙個全域性性的物理定律。

如果假設我們現在的Lambda-CDM宇宙學模型是正確的。『暗能量』的真空能量密度是乙個常數,那麼隨著宇宙膨脹,總能量是在增加的;而對於以光子形式存在的輻射,如果不考慮光子的吸收和產生,輻射攜帶的能量,又是隨著宇宙膨脹下降的。這些都可以相對直觀地感受到能量不守恆。

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