¿Podríamos saber si todos los átomos del universo se expandieron lentamente a la misma velocidad? ¿Si es así, cómo?

Pregunta originalmente respondida: ¿Podríamos saber si cada átomo en el universo se expandió lentamente a la misma velocidad? ¿Si es así, cómo?


Bueno, para que podamos notar que algo está sucediendo, debemos poder medirlo.

Ahora puede parecer que, si todos los átomos se expanden lentamente, entonces cualquier regla también se expandiría, de modo que no mediríamos ninguna diferencia de tamaño. Pero, hay más observables que solo la longitud. Podemos medir otras propiedades de los objetos, como carga, masa, etc.

Eche un vistazo a la Ley de Coulomb (forma escalar), por ejemplo:

[matemáticas] \ displaystyle | F | = \ frac {1} {4 \ pi \ epsilon_0} \ frac {| q_1 q_2 |} {r ^ 2} [/ matemáticas]

Ahora, supongamos que el átomo se ha expandido en un factor [matemático] a [/ matemático], lo que significa que hay un factor de conversión de [matemático] a [/ matemático] entre las unidades de longitud de preexpansión y posexpansión unidades.

Antes de la expansión, habremos medido una fuerza [matemática] F [/ matemática] Newtons entre estos dos cuerpos cargados. Después de la expansión mediremos una fuerza [matemática] \ frac {F} {a ^ 2} [/ matemática] Newtons. Tendremos una diferencia potencialmente observable si [matemática] a [/ matemática] es lo suficientemente grande, especialmente en una escala de tiempo más grande.

Bajo el supuesto de que todavía estábamos usando las mismas ecuaciones, esta expansión se manifestaría como un cambio en las constantes fundamentales. En particular, si todo lo que medimos permanece igual, entonces el valor de [math] \ frac {| q_1 q_2 |} {r ^ 2} [/ math] debe permanecer igual.

Esto implica que para tener en cuenta la caída de la fuerza por un factor de [matemáticas] a ^ 2 [/ matemáticas], el valor de [matemáticas] \ displaystyle \ frac {1} {4 \ pi \ epsilon_0} [/ matemáticas] debe ser menor por ese factor. En otras palabras, presenciaríamos un aumento de [math] \ epsilon_0 [/ math], lo que significa que algo sobre las propiedades del espacio está cambiando. Parece que la fuerza electromagnética se debilita.

Lo mismo ocurriría cuando miramos la Ley de Newton. Aquí notaríamos una constante gravitacional decreciente [matemática] G [/ matemática] en [matemática] F = G \ frac {m_1 m_2} {r ^ 2} [/ matemática]

Entonces, si el único cambio fue que las distancias medidas aumentaban y todo lo demás seguía igual, entonces sí, probablemente nos daríamos cuenta después de algún tiempo. Todo depende del tamaño del factor de expansión [matemática] a [/ matemática]. Si esto fue muy cercano a 1, entonces podría tomarnos arbitrariamente mucho tiempo para que nos demos cuenta.

Sin embargo, si otras cosas también cambiaron de una manera consistente, entonces podríamos no notarlo en absoluto. Para el ejemplo dado anteriormente, si la carga medida también fue escalada por [math] a [/ math], entonces los dos factores de [math] a ^ 2 [/ math] en [math] \ displaystyle \ frac {aq_1 aq_2} {(ar) ^ 2} [/ math], se cancelaría sin dejar diferencias medibles. Del mismo modo, escalar la masa también por [math] a [/ math] haría invisibles los efectos gravitacionales.

La naturaleza está muy interconectada. En general, creo que la mejor suposición es que, si solo cambia un solo aspecto del universo, esto siempre se manifestará en otro lugar debido a la interconexión. En mis ejemplos anteriores, esto fue en forma de constantes fundamentales cambiantes, que definen la fuerza de acoplamiento de los campos involucrados. Seríamos testigos del debilitamiento de las fuerzas. De hecho, este debilitamiento medido de las fuerzas, nos permitiría calcular el factor de escala [matemática] a [/ matemática], si algún científico en ese universo realmente tuviera la hipótesis de que las distancias en su universo estaban aumentando.

Por eso, por ejemplo, creemos que el espacio se está expandiendo realmente. El punto es que no notamos cambios constantes fundamentales (todavía), pero sí notamos que las distancias cambian. Sin embargo, solo notamos este efecto de cambio de distancia en escalas grandes, no pequeñas. Entonces, en escalas pequeñas, o bien el espacio no se está expandiendo, o de alguna manera se explica esta expansión, ya sea al escalar adecuadamente otras cosas como la masa y la carga, o al permitir que el movimiento en el espacio lo compense, de modo que el átomo ‘encaje’ nuevamente Su tamaño original a pesar de la expansión. En cualquier caso, no hay una disminución medible en la fuerza de la fuerza a esta pequeña escala.

Si.

Los átomos se rigen fundamentalmente por la mecánica cuántica. Consideremos el átomo más abundante: el hidrógeno. En el hidrógeno hay un nivel discreto en el que el hidrógeno puede girar alrededor del núcleo, siendo el primero el radio de Bohr [matemática] r_o [/ matemática] ~ 0.5 Angstrom. Ahora, si el átomo se estuviera expandiendo, esto significaría que la distancia entre electrones y núcleos está aumentando. Sin embargo, este aumento gradual en el radio está prohibido por la mecánica cuántica.

Siento cierta confusión en tu pregunta. Por ejemplo, si el Universo se está expandiendo, ¿significa que los átomos se están expandiendo? No, no lo hace. Sabemos que el Universo se está expandiendo porque la distancia entre las galaxias aumenta (en proporción a su distancia) mientras que las galaxias no cambian de tamaño porque están unidas gravitacionalmente. Y los átomos están aún más fuertemente unidos que las galaxias.

Volviendo a su pregunta, ¿cómo podemos decir que los átomos no se están expandiendo? Porque podemos medirlo con bastante precisión; si lo hace, y no hay indicación de ello. Además, si el átomo se expande, la densidad media de la Tierra disminuiría, lo que a su vez significa que el radio de la Tierra aumentaría y la gravedad disminuiría. Nuestro sistema de GPS encontrará este error, podrá saltar más alto y habrá muchas consecuencias que pasarán desapercibidas rápidamente. Por lo tanto, es bastante seguro decir que los átomos no están aumentando de tamaño.

Además, nuestro universo no es escalable. Esto significa que si todo en nuestro universo aumentara por un factor de a, el volumen aumentaría en a ^ 3 mientras que el área de superficie aumentaría en a ^ 2. Dado que la fuerza, por ejemplo, la fuerza del hueso, depende del área, mientras que la masa es proporcional al volumen, esto cambiaría el mundo en el que vivimos. Esta escalabilidad significa que hay cierto límite en la forma en que las grandes criaturas pueden desarrollarse en la Tierra. Como consecuencia de esta ley, planetas más pequeños como Marte pueden tener montañas más altas (como el Monte Olimpo) que Júpiter.

Editar: Radio de Bohr ~ 0.5 Angstrom, y la mecánica cuántica prohíbe el incremento gradual del radio.

En mi opinión, no hay evidencia de que los átomos se estén expandiendo. Sin embargo, el problema es que si te refieres a la posibilidad de que el Universo se expanda a un ritmo acelerado, el cambio de algunos núcleos es imperceptible. Hay otro problema Si el Universo se está expandiendo porque hay algún tipo de fuerza antigravedad, recuerde que la gravedad es increíblemente más pequeña que incluso el electromagnetismo, y mucho menos las fuerzas de unión nuclear, por lo que es muy posible que permanezcan sin cambios.

Lo que está proponiendo sería una violación fundamental de las leyes de la física cuántica. Los cuantos son paquetes discretos de energía que aumentan o disminuyen en pasos. El tamaño y / o la cantidad no pueden aumentar o disminuir de manera uniforme.

La materia aumenta y / o disminuye de tamaño un poco. Es un fenómeno llamado “caliente” y “frío”.

More Interesting

¿Tiene algún significado el tiempo antes del Big Bang, antes de que hubiera algo importante, solo plasma (tiempo de Planck)?

¿Qué tan creíble es la teoría de Snell de un universo en contracción dado que representa la materia oscura y la energía oscura?

¿Cuál fue el significado del tiempo durante la inflación del Universo justo después del Big Bang?

¿El universo deja de existir alguna vez?

¿Está la Tierra en el centro del universo observable?

¿Le daremos a la 'materia oscura' un nombre más apropiado cuando descubramos qué es?

¿Por qué la NASA sugiere que la edad del universo tiene 13.800 millones de años, si el estado de singularidad duró para siempre?

¿Cuál es la evidencia experimental de la expansión del espacio?

¿Cuándo se convirtió la teoría del Big Bang en el modelo cosmológico predominante?

¿Podría la energía oscura revertir la gravedad?

¿Está todo planeado por algún poder superior?

En el contexto del argumento cosmológico de Aquino, ¿cuál podría ser el resultado de que la primera causa no sea una, sino una multiplicidad?

Si la luz es la cosa 'física' más rápida en un vacío en el universo, ¿cuál es la segunda cosa 'física' más rápida?

Si una estrella fuera más masiva que un agujero negro y entraran en contacto, ¿qué pasaría? ¿La estrella se comería el agujero negro?

¿Es cierto que si somos capaces de unificar la gravedad con otras fuerzas con la ayuda de la mecánica cuántica, podríamos resolver el misterio del agujero negro?