Si todos los fotones gamma se estiran en microondas del CMB causados ​​por la expansión del espacio-tiempo, ¿por qué no se estiran todas las partículas (por ejemplo, protones y electrones)? ¿O son?

Los fotones que comenzaron el CMB no eran rayos gamma. Eran los fotones asociados con una temperatura justo por encima del umbral de ionización del hidrógeno. Cuando la temperatura del universo era lo suficientemente alta como para mantener el hidrógeno ionizado, era opaco. Tan pronto como la temperatura cayó por debajo del umbral de ionización y el hidrógeno se volvió eléctricamente neutro, el universo se volvió transparente. Todos esos fotones de cuerpo negro comenzaron a propagarse en todas las direcciones sin nada que los detuviera. Se enrojecieron por el efecto Doppler a medida que el universo se expandió, y un espectro de cuerpo negro doppler es solo un espectro de cuerpo negro con una temperatura más baja. Entonces, un espectro de temperatura de ionización de hidrógeno dopplered termina como un espectro de 2.7K unos 14 mil millones de años después …

Todas las partículas se “estiran” en el sentido de que se reduce su impulso.

Para los fotones, la energía es directamente proporcional al momento. (Para otras partículas con una energía mucho mayor que su masa, este es aproximadamente el caso). Por lo tanto, la reducción en el momento genera una reducción en la energía (y frecuencia).

Para la materia no relativista, la energía es aproximadamente una constante, el impulso de masa contribuye muy poco a la energía, por lo que reducir el impulso apenas afecta la energía.

Para las partículas que tienen tanta energía cinética como energía de masa, hay que tener más cuidado con el modelado, pero esto solo ocurre durante un período de tiempo relativamente corto (en cierto sentido).

Por lo tanto, el estiramiento hace una diferencia bastante diferente dependiendo de cómo la energía de la partícula se compara con su masa, que es diferente para los fotones y los protones (electrones).

Sí, en cierto sentido, la densidad de energía del universo ha ido disminuyendo.

Para la radiación electromagnética, el estiramiento se manifiesta como un aumento de la longitud de onda y la consiguiente disminución de la frecuencia.

Para el caso, se manifiesta como una pérdida de energía cinética. Las partículas de materia fundamental solían tener una energía cinética mucho más alta cuando el universo era más joven, ahora se han “calmado”, la expansión del universo ha reducido drásticamente su energía cinética.

Las líneas de emisión de hidrógeno en el rango visible tienen una relación de frecuencia que actúa como firma. Cuando observamos galaxias distantes, encontramos estas mismas líneas desplazadas en rojo. Cuando escuchamos ondas de radio que apuntan a cualquier parte del cielo, encontramos la misma proporción de frecuencia desplazada de manera tan roja que va por debajo del infrarrojo y por debajo de los tera hertzios.

Si el espacio se expande al 90% de la velocidad de la luz, las líneas de emisión de hidrógeno cambian de frecuencia en rojo por un factor de 10x. El gasto al 99% de SOL hace que la frecuencia cambie a rojo en un factor de 100. Cuanto más se expande a SOL, menor es la frecuencia hasta alcanzar el nivel de onda de radio.

Una vez que la expansión supera el SOL (velocidad de la luz), la diferencia en la frecuencia de reinicio vuelve a crecer. Sin embargo, no tarda mucho en llegar al punto donde la luz de la galaxia distante nunca se pondrá al día. En unos pocos cientos de miles de millones de años, el cielo se volverá negro a excepción de algunas galaxias desplazadas profundamente rojas que están relativamente cerca de nosotros y se expanden en un ángulo cercano al nuestro desde el Big Bang inicial.

Tenga en cuenta que no necesitamos implicar tiempo; Sólo el espacio se está expandiendo. El desplazamiento hacia el rojo es exactamente comparable a la disminución de la frecuencia de una ambulancia que se aleja de usted (ver efecto Doppler). .

No estoy seguro de tu idea extendida. La energía cinética de los fotones se ha reducido desde la era de la recombinación electrónica de protones del Big Bang. Cualquier otra partícula en el momento que tenga alta energía cinética también ha perdido la mayor parte de su energía cinética debido a la expansión del espacio. Si mide la distribución de energía cinética del hidrógeno en el espacio, tal vez podría medir algo así como el CMB, pero también hay una gran cantidad de hidrógeno de las supernovas, por lo que tal vez sea o no un experimento interesante.

En general, la energía cinética se ha perdido debido a la expansión del espacio, pero lleva miles de millones de años ser un efecto notable.

La masa de las partículas se conserva a través de la expansión.