¿Por qué los científicos creen que el universo estaba extremadamente caliente durante su primer segundo de existencia?

Primero, el calor es “movimiento” en un sentido muy general: es energía cinética por “grado de libertad”. (Los grados de libertad, en términos generales, le indican cuántas formas diferentes puede moverse algo. Por ejemplo, una partícula puntual puede moverse en las tres direcciones espaciales, por lo que tiene tres grados de libertad).

Muchas cosas tienen energía cinética sin movimiento aparente. Por ejemplo, algo que gira. Algo que oscila internamente. Una onda electromagnética estacionaria en una cavidad resonante. E incluso si la energía cinética está en forma de movimiento traslacional, el hecho de que esté en un espacio confinado solo significa que las cosas estarían rebotando mucho más.

Ahora, ¿por qué creemos que el universo estaba caliente? Sencillo. Primero, sabemos por experiencia que a medida que comprimimos un medio, se calienta (por el contrario, si se expande, se enfría). Así que simplemente extrapolando hacia atrás, si el universo se expande, se enfría, por lo tanto, debe haber estado más caliente en el pasado. Y muy, muy caliente en el pasado muy lejano. En segundo lugar, las observaciones confirman esta conclusión. Por ejemplo, cuando miramos cosas distantes, encontramos que la luz de ellas se desplaza Doppler a frecuencias más bajas. Cuando miramos lo más distante que podemos “ver”, la radiación de fondo de microondas, este cambio en la frecuencia es enorme: lo que hoy aparece como radiación de fondo con una temperatura de solo 2.7 K era, de hecho, un gas caliente brillante a 3000 K.

Por supuesto, tiene razón al sospechar que toda esta discusión pierde su significado en el momento exacto del supuesto Big Bang, que es “singular” en un sentido matemático: la densidad de energía es infinita, la presión es infinita, la temperatura es infinita. Los infinitos no son bien tolerados en física (en realidad, todavía no tenemos los medios teóricos para describir este universo primitivo extremo, ya que no tenemos una teoría cuántica de la gravedad satisfactoria).

En cualquier caso, tomaría un argumento con la frase “toda la masa se concentró en un punto”. Realmente no; Esta es una imagen engañosa. Hubo tantos puntos como los que hay hoy. Sin embargo, la DISTANCIA entre dos puntos fue menor en el pasado, y en el momento del Big Bang, su valor se volvió “degenerado”, lo que significa que se redujo a cero. Esto puede sonar como un argumento semántico (si la distancia entre dos puntos es cero, podría preguntarse, ¿no son solo el mismo punto?), Pero creo que pensar en el estado inicial del universo como infinito en extensión con un degenerado la función de distancia es mucho mejor que contemplar un universo que era un solo punto en un momento y de extensión infinita al instante siguiente.

Su punto de vista sobre este problema incluso tiene un nombre: la paradoja de Zenón.

Vamos a disparar una flecha. Mientras la flecha viaja por el espacio, detén el tiempo.
¿Que ves? Ves una flecha flotando en el aire.

No importa cuándo detenga el tiempo, la flecha siempre estará flotando, no se moverá. No hay un solo momento en el que la flecha misma se mueva, por lo que la flecha no se ha movido durante todo el proceso. Esto significa que el movimiento es una ilusión.

Una observación interesante que puede hacer es que la flecha, cuando se ha detenido el tiempo, está completamente rodeada por moléculas de aire, y para que la flecha pueda moverse, primero tiene que esperar hasta que todas las moléculas estén fuera del camino, lo que aumenta conclusión de que el movimiento es falso.

En este caso, hiciste lo mismo. Detuviste el tiempo al principio, dijiste que las partículas no podían moverse a ninguna parte y concluiste que el movimiento no existía. Esto está mal, ya que el universo se está expandiendo en ese momento. Si bien todas las partículas se recogen en el mismo punto (en la medida de lo posible, antes de 10 ^ -31s el término ‘partícula’ es un poco vago, al igual que el término ‘calor’ y ‘movimiento’, por cierto), tienen impulso y la velocidad, debido a la perspectiva de la expansión del universo, así como la flecha podría moverse debido a la posibilidad de que las moléculas de aire se salgan de su camino.

Para refutar completamente a Zeno, necesitas cálculo. No voy a entrar en eso.

El movimiento no tiene que ser de larga distancia. Y hacía tanto calor que no solo todo se descompuso en átomos, sino que los átomos se dividieron en electrones y núcleos, los núcleos se dividieron en protones y neutrones, y luego a su vez en quarks. Tal vez incluso los quarks y los electrones se dividen en algo que no sabemos, o tal vez no. Pero era algo que se puede crear fugazmente en el LHC, un plasma de quark-gluon. Nada se pegó como un sólido porque hacía demasiado calor alucinante. La energía se convirtió en materia y la materia en energía con la menor provocación. Partículas y antipartículas aparecieron y se aniquilaron en tiempos que solo podemos representar matemáticamente. Pero no se parecía en nada a los sólidos mundanos de hoy.

Principalmente porque toda la energía que existe actualmente se concentró en ese primer segundo. Desde el momento en que ocurrió el Big Bang, y en ese primer segundo, el universo se había expandido, al menos a la velocidad de la luz, a 186,000 millas de diámetro. Sin embargo, existe cierta especulación de que la circunferencia del universo era incluso mucho más grande. Uno solo puede imaginar el nivel de temperatura que existiría al tomar toda la energía que observamos en el universo y concentrarla en ese volumen en particular. Además, esto aún no implica lo que esto significa en referencia a Dark Energy también.