¿Qué explica la desaparición de un trozo significativo de materia oscura desde el Big Bang?

Nada está desapareciendo Tiene que ver con el hecho de que estas sustancias tienen diferentes ecuaciones de estado.

La ecuación de estado relaciona la densidad con la presión. ¿Por qué eso importa? Por qué, la presión también es energía. Piénselo: comprime un gas en una lata. Hacerlo requiere trabajo. No solo eso, sino que el gas comprimido puede funcionar cuando se libera. Entonces, en el estado comprimido, su densidad de energía es mayor no solo porque hay más moléculas por unidad de volumen, sino también porque hay más fuerza que las separa.

Sin embargo, cuando “comprime” una nube de polvo, no hay presión. Habrá más partículas de polvo por unidad de volumen, pero no hay fuerza que las separe. Por lo tanto, la densidad de energía del polvo aumenta menos rápidamente que la del gas a medida que se comprime. O, por el contrario, cuando se diluyen, la densidad de energía del gas disminuye más rápidamente (porque su presión está disminuyendo) que la del polvo.

La relación de presión a densidad de energía es un número simple sin unidades de medida (porque la presión y la densidad de energía tienen las mismas unidades de medida, de modo que cuando divide uno con el otro, las unidades se caen). Es 1/3 para un gas muy caliente (relativista), pero también para radiación pura. Es un número positivo muy, muy pequeño para la materia normal (gases relativamente fríos hechos de materia normal). Es 0 para cosas como los planetas y las estrellas (que, en la escala cósmica, son pequeñas partículas de polvo que casi nunca entran en contacto entre sí, por lo que no hay presión) y también para la materia oscura. Y es -1 (sí, una gran presión negativa) para la energía oscura. Cuanto más alta es esta relación, más rápidamente se diluye la sustancia a medida que el universo se expande, por lo que todos se diluyen a diferentes velocidades (de hecho, ¡la energía oscura no se diluye en absoluto!), Por lo tanto, sus relaciones relativas cambian, sin que nada “desaparezca”.

El Universo se está expandiendo y lo ha estado desde hace mucho tiempo. La Relatividad General de Einstein describe la evolución cosmológica del Universo y esto se conoce como Big Bang Cosmology.

La expansión del universo

Durante la expansión del Universo, cada tipo de fluido se diluye de manera diferente a medida que el Universo se expande. La descripción de la expansión del Universo es en términos de un factor de escala, [matemática] R (t) [/ matemática], que es la distancia entre dos puntos en algún momento y luego la seguimos a partir de ahí.

Lo que el factor de escala significa físicamente es que si dos puntos están a una distancia [matemática] d_i [/ ​​matemática] aparte en [matemática] t = t_i [/ ​​matemática] serán una distancia
[matemáticas] d_f = \ frac {R (t_f)} {R (t_i)} d_i [/ ​​matemáticas]
en el momento [math] t = t_f [/ math]. Entonces, a medida que el factor de escala se hace más grande, el Universo se hace más grande. Lo que esto significa es que los diferentes tipos de energía se están diluyendo debido a la expansión del Universo.

Diferentes fluidos del universo

Hay varios tipos diferentes de energía en el Universo en diferentes etapas.

La materia (que es materia oscura y átomos) se diluye como
[matemáticas] \ rho_m \ sim R ^ {- 3} [/ matemáticas] [1].
Esto es simplemente porque la cantidad de materia permanece fija, y el cuadro en el que la materia creció en [matemática] R ^ 3 [/ matemática]. La energía proviene del resto de la energía de masa de las partículas.

La radiación (que es fotones y neutrinos) se diluye como
[matemáticas] \ rho_r \ sim R ^ {- 4} [/ matemáticas].
Esto se debe a que no solo la densidad de fotones y neutrinos se diluye, sino que su frecuencia también se desplaza al rojo, esto significa que su energía cae y la caja se hace más grande.

Dark Energy no se diluye, es decir
[matemáticas] \ rho_ \ Lambda \ sim R ^ 0 [/ matemáticas].
Esto se debe a que la energía oscura, suponiendo que sea una constante cosmológica, es la densidad de energía del espacio-tiempo vacío. A medida que la caja crece, hay más energía porque hay más espacio.

Evolución temporal del factor de escala

El Universo se está expandiendo durante la fase del Universo donde la densidad de energía está dominada principalmente por la materia, el factor de escala del Universo cambia a medida que
[matemáticas] R \ sim t ^ {2/3} [/ matemáticas]. [2]
Esto significa que las tres formas de densidad de energía cambian con el tiempo a medida que
[matemáticas] \ rho_r \ sim t ^ {- 8/3} [/ matemáticas], [matemáticas] \ rho_m \ sim t ^ {- 2} [/ matemáticas], [matemáticas] \ rho_ \ Lambda \ sim t ^ 0 [/matemáticas]
Solo a partir de esto, puedes ver que los diferentes componentes de la densidad de energía del Universo no se mantendrán constantes a lo largo del tiempo. Es por eso que la “materia oscura desapareció”: no desapareció, simplemente se diluyó en relación con la energía oscura.

Composición Relativa del Universo

Si nos normalizamos en relación con la cantidad de materia en el Universo
[matemáticas] \ frac {\ rho_r (t_f)} {\ rho_m (t_f)} = \ left (\ frac {t_i} {t_f} \ right) ^ {\ frac {2} {3}} \ frac {\ rho_r (t_i)} {\ rho_m (t_i)} [/ math]
y
[matemáticas] \ frac {\ rho_ \ Lambda (t_f)} {\ rho_m (t_f)} = \ left (\ frac {t_f} {t_i} \ right) ^ {2} \ frac {\ rho_ \ Lambda (t_i) } {\ rho_m (t_i)} [/ math]

Entonces, si tomamos [math] t_i = 3.8 \ times 10 ^ {5} \ text {yr} [/ math] y [math] t_f = 1.4 \ times 10 ^ {10} \ text {yr} [/ math]
podemos ver que la radiación cae por un factor de [matemáticas] 10 ^ {- 3} [/ matemáticas] y la energía oscura crece por un factor de [matemáticas] 10 ^ 9 [/ matemáticas]. Entonces, los neutrinos y los fotones, que representan el 25% de la densidad de energía del Universo en la recombinación [3], se diluyen al 0.025% hoy [4]. Si bien la energía oscura, que esencialmente no constituye ninguna densidad de energía en los primeros tiempos, crece hasta convertirse en la forma dominante de densidad de energía en la actualidad.

Notas al pie :
[1] Lo que significa esta notación es que a medida que el Universo se expande del tiempo [math] t_i [/ ​​math] al tiempo [math] t_f [/ math], entonces la densidad de energía en la radiación cambia a medida que [math] \ rho_m (t_f) = \ left (\ frac {R (t_i)} {R (t_f)} \ right) ^ {3} \ rho_m (t_i) [/ math].

[2] En los primeros tiempos, la cantidad de energía de radiación es mayor que la cantidad de energía de la materia y la expansión del Universo cambia para que
[matemáticas] R (t) \ sim t ^ {\ frac {1} {2}} [/ matemáticas]
en los últimos tiempos, cuando la energía oscura domina el Universo, el factor de escala crecerá exponencialmente
[matemáticas] R \ sim \ exp (H t) [/ matemáticas]
con
[matemáticas] H ^ 2 \ sim G_N \ rho_ \ Lambda [/ matemáticas]

[3] Cuando el Universo tenía 380,000 años, los protones y los electrones se combinaron para formar hidrógeno atómico y es entonces cuando el Universo se volvió transparente a la luz y es el origen de la Radiación de Fondo Cósmico de Microondas.

[4] Esto es demasiado simple porque los neutrinos tienen una pequeña masa que comienza a importar en los últimos tiempos.

No. Esa tabla es engañosa. No es que la materia oscura esté desapareciendo, sino que está apareciendo esa energía oscura. La idea actual de la energía oscura es que es algo llamado “constante cosmológica”, que es energía que es parte del espacio-tiempo que se libera a medida que el universo se expande. En el universo temprano, resulta que la cantidad de energía oscura en el universo era insignificante. Solo cuando el universo se expande, terminas liberando energía oscura.

Los neutrinos y los fotones disminuyen muy rápidamente porque son formas de radiación, y el gráfico mide cosas en términos de “densidad de energía”. Los neutrinos y los fotones se desplazan hacia el rojo, lo que significa que su energía disminuye a medida que el universo se expande, mientras que la materia no. Sin embargo, esto es solo porque el gráfico mide en términos de “densidad de energía”. Si cuenta el número de fotones, neutrinos, bariones y átomos, deben permanecer constantes.

No hubo Big Bang. La llamada materia oscura no existe. Las masas de materia universal y éter están perfectamente equilibradas. Obviamente uso la noción tradicional de “éter” (que también podría denominarse como pre-materia), pero lo esencial no es cómo lo llamas, sino cómo se comporta. El éter y el campo magnético tienen la misma estructura y magnitud (¡mucho más allá de la longitud de Planck!). La diferencia está en su movimiento. En dos palabras, el éter (más allá del núcleo universal) causa gravedad y el campo magnético es causado por la materia. La gravedad es causada por el movimiento del núcleo universal (cualquier acción genera una reacción) y masas de éter.

Mi pensamiento inmediato es que no es que la materia oscura esté desapareciendo, sino que la energía oscura está aumentando, presumiblemente a medida que la expansión del espacio aumenta la energía del vacío en el universo. La relación entre la materia oscura y los átomos parece bastante estable entre ambos gráficos.

En primer lugar, quién sabe si esa tabla es realmente un hecho. Se sabe muy poco sobre la materia oscura, excepto que sabemos que existe.

Lo único que sabemos es que el universo se está expandiendo. Es muy posible que la materia oscura se esté dispersando.

Crisis de la materia oscura para el Big Bang
En realidad, resulta que la materia oscura es solo una teoría débil con poca evidencia. Es una especie de ‘dios de las brechas’ para los físicos cuando intentan respaldar la vieja teoría y evolución del universo.

Entonces, la verdadera respuesta es que la materia oscura puede no existir.

Nada. Todo es completamente misterioso.

Podríamos llegar más lejos si la naturaleza de Dark Matter se ata.

Los gráficos circulares no muestran un cambio en la relación materia / átomos oscuros: 5,25 a 5,47 está dentro del error de redondeo ya que 12/63 solo tiene alrededor del 5% de precisión.