¿Es la energía total del universo cero?

Podrías llenar páginas con letra pequeña, pero aquí está el resumen del rayo:

La conservación de energía en la relatividad general es muy ardua: la energía se conserva localmente, pero no necesariamente a nivel mundial.

En un universo muy uniforme, como el que observamos, hay una cantidad de energía globalmente conservada, después de todo.

En un universo con la cantidad de cosas que observamos, el valor de dicha cantidad es cero o muy cercano a él. Muy posiblemente sea exactamente cero por una razón que aún no hemos descubierto.

Esto de ninguna manera equivale a una prueba de que no hay Dios, pero sí demuestra que en otra área de la ciencia, está lejos de ser claro que haya algo útil que un Dios pueda hacer. Por lo tanto, contribuye al colapso continuo de la idea de Dios bajo su propio peso.

Indefinido El problema es que no existe una definición inequívoca de “energía total del universo”, por lo que, según lo que incluya y lo que excluya, puede obtener prácticamente cualquier número que desee.

Nunca haría una declaración tan fuerte como Krauss está dispuesto a hacer allí. Sí, hay un sentido en el que podría darse el caso de que el universo tenga cero energía total. Y sí, si el universo es asintóticamente espacialmente plano en promedio y este es el caso en los modelos cosmológicos que Krauss favorece junto con la mayoría de los cosmólogos convencionales, entonces es posible hablar sobre la energía total del universo y tiene sentido decir que es cero. En realidad, solo hay dos valores posibles para la energía del universo si se puede definir bien y se aplica la invariancia de Lorentz: cero e infinito.

Pero no podemos ver todo el universo así: esto no se ha medido realmente; solo se puede decir en el contexto de un modelo teórico.

Le habría respondido al interrogador que, en cierta medida, está divagando, que creatio ex nihilo es una idea religiosa, no científica, y que el modelo Big Bang no lo requiere: el modelo Big Bang más la inflación aún está incompleto. Es la Torá la que sugiere que al principio Dios creó los cielos y la Tierra de la nada, al menos según algunos intérpretes.

Esta es, en última instancia, una cuestión religiosa y, al final, la mayor parte de su discusión no ha sido hasta ahora realmente comprobable.

Nada y algo son nociones muy vagas en el mejor de los casos. Si la energía es cero, no se sigue que no haya nada allí.

Lo que Krauss realmente estaba tratando de decir, creo, es que no es necesario que las leyes de conservación hayan sido violadas al comienzo del universo, y esta es una idea muy atractiva teóricamente, pero que, hasta donde sé, no se ha demostrado en ningún modelo aceptado hasta ahora.

Pero este es un debate público, por lo que las respuestas se destrozan. Es muy difícil presentar ideas sutiles en dicho foro.

¿Tiene razón? En cierto sentido, sí, pero necesitará un doctorado solo para comprender las advertencias detrás de lo que es bastante simple conceptualmente: un universo de energía cero

El concepto de energía total cero se originó de la observación de que la materia se crea de tal manera que su energía de masa se equilibra exactamente por el potencial gravitacional negativo del campo con el que la materia viene como un rito de su creación (no pudo resistir el juego de palabras dado el tema del debate en la pregunta.) Dado que este tipo de equilibrio es una característica de todos los campos, se deduce que la suma de energías en el universo debería ser cero.

No estoy muy seguro de si el descubrimiento de la energía oscura cosmológica arruina este concepto o no, pero sospecho que no: si lo hubiera hecho, seguramente Lawrence ya habría dejado de usar este argumento en sus conversaciones.

En ausencia de una explicación completa, lo recomendaría a un excelente libro: “Energy the sutil concept” de Jennifer Coopersmith. Da una descripción maravillosa de la historia del concepto de energía en la ciencia y es histórica y técnicamente interesante.

También en la introducción, ella relata una hermosa anécdota sobre la energía de Richard Feynman “Bloques de Feynman” que muestra lo difícil que es el concepto de energía.

Después de todo, ¿qué es la energía potencial? Podemos ver la energía del movimiento, y nunca puede ser negativa. No podemos ver el potencial, y siempre es negativo. Todo lo que realmente sabemos es que podemos inferir su existencia al observar las interacciones cinéticas de dos objetos con el mismo tipo de campo con respecto a sus ubicaciones relativas y llegar a una fórmula de ubicación (-GM / R que equilibra exactamente la cinética 1 / 2 * mv ^ 2)

Lo cual cuando lo piensas es un argumento algo circular, ¡excepto que funciona! – el movimiento futuro de los objetos puede predecirse a partir de los campos potenciales que contienen, porque la energía se conserva.

Prefiero una visión un poco más conservadora sobre la energía. Cualquier aumento observado en la energía cinética siempre se equilibra con una reducción de energía en otro lugar. que “en otro lugar” es a menudo bastante difícil de localizar, pero podemos estar bastante seguros de que lo encontraremos si buscamos lo suficiente.

Debo confesar que he intentado ver ese video después de escribir la respuesta (ya que tengo un buen conocimiento de los trabajos de Lawrences que podría agregar). Fue tan triste y predecible que lo hojeé y no encontré ninguno de los argumentos de ninguno de los discutidores. particularmente util.

28.10.201 – “¿Es cero la energía total del universo?”

Consideraré dos formas de responder la pregunta.

1. De la cosmología física . Lo que observamos es el universo empírico. No medimos su energía. Más bien podemos calcular la energía a partir de un modelo teórico ajustado a la observación. Para algunos modelos la energía es cero. Pero no sabemos que sea cero porque (a) no es cero para otros modelos (infinito según la respuesta de David Kahana) y (b) no sabemos que ninguno de nuestros modelos se ajuste a todo el universo, observado y no. No soy cosmólogo físico, así que vea otras respuestas para más detalles.
2. De la metafísica filosófica . Descargos de responsabilidad: (1) No me refiero al estudio oculto de los cristales, etc. (2) la mayoría de los pensadores modernos en metafísica filosófica probablemente estarían en desacuerdo con mi visión de la metafísica … pero (3) me refiero al estudio del universo en su conjunto empírica y racionalmente. ¿Cómo puede ser empírico? Respuesta: sabemos que hay un significado para la frase “todo lo que existe” donde “existe” se toma en un sentido atemporal; eso es lo que yo llamo el universo (nota: en mi uso ‘todo lo que existe en el sentido atemporal’ y ‘universo’ son idénticos; yo llamo a la entidad que tuvo el big bang ‘nuestro cosmos’; puede haber otros cosmos pero hay precisamente un universo; en esta discusión no uso actualmente el término ‘multiverso’). Sé que existe incluso si solo conozco una pequeña parte. ¿Racionalmente? Hagamos una hipótesis tentativa: el universo es la realización de toda posibilidad (en el sentido más amplio, es decir, la posibilidad lógica). Entonces el universo debe pasar por fases de la nada. Pero, ¿qué ley gobierna la equivalencia, el paso entre esta nada y todas las posibilidades? No puede ser como las leyes de nuestro cosmos o cualquier ley de conservación de energía. Entonces, incluso si decimos que ‘la nada tiene energía cero’, la energía del universo es indeterminada. Tenga en cuenta que no creo que ‘nada’ no tenga sentido o sea vago; probablemente no sea definible en términos de nuestra física; pero, si la hipótesis anterior es cierta, no queremos usar las leyes de nuestro cosmos porque el cosmos es una parte muy pequeña (infinitesimal) del universo. Es cierto que es difícil visualizar la nada, un lugar donde incluso la mecánica cuántica, etc., no se obtiene, pero podemos concebirlo analíticamente.

Notas

1. Pero eso es todo hipotético, ¿verdad? No necesariamente. No considero que las leyes de la física se apliquen a las ‘cosas’ (materia, radiación … e incluso al espíritu si insistes en ello) tanto como son inmanentes en las cosas. Es decir, en ausencia de cosas, no hay leyes. Esta ausencia de cosas y leyes es la nada. Pero si no hay una ley, no puede haber ninguna restricción (una ley puede verse como un conjunto de restricciones sobre la posibilidad) y, por lo tanto, todas las posibilidades se realizan (lo que debe ser lógico ya que una ley extralógica sería una restricción).
2. Esto no es inconsistente con la ciencia. Todas las posibilidades incluyen la realización de nuestro cosmos con sus leyes. Pero no voy a discutir esto más aquí. Lo remito a un ensayo general mío sobre metafísica y asuntos relacionados (descargo de responsabilidad: he hecho referencia a mis ensayos en otras respuestas sobre Quora).
3. La afirmación de que el universo se da cuenta de todas las posibilidades es una versión fuerte de lo que se ha llamado el principio de plenitud.
4. En este relato metafísico, ¿cómo es que un cosmos puede tener energía / conservación de energía definidas? ‘Todas las posibilidades’ permite y, por lo tanto, requiere casos disipativos, conservadores y explosivos. Una explicación no es necesaria. Pero puede haber modelos, por ejemplo, sistemas adaptativos, que pueden mostrar cómo los cosmos conservadores podrían llegar a dominar el universo en términos de población.

Conclusiones

1. La física no nos da una respuesta definitiva. Hay modelos físicos en los que la energía del universo es cero y otros en los que es infinita (según la respuesta de David Kahana).
2. Metafísicamente, es decir, empírica y racionalmente, la energía del universo es indefinida.

Ese punto de vista es consistente con los hallazgos del WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), que buscó determinar la curvatura neta del universo observable. La curvatura es muy pequeña, con un error de medición de cero, por lo que podría ser exactamente cero. Entonces parecería que, en la escala más grande disponible, el universo tiene contenido neto cero; no ha habido creación, y todo sigue siendo nada.

Hay cuatro cosas que definitivamente existen: materia, energía, espacio y tiempo. Einstein realizó dos grandes actos de unificación: materia y energía como una cosa por su famosa ecuación, y espacio y tiempo como una variedad llamada espacio-tiempo. Entonces quedan dos cosas que explicar.

En mecánica cuántica, muchos de los cálculos de energía llevan términos de raíz cuadrada, invitando a respuestas negativas. Al tratar las soluciones de energía negativa como físicas, Dirac pudo predecir la existencia y las propiedades de la antimateria.

En la física más reciente parece que el espacio-tiempo está lleno (o está hecho) de grandes cantidades de energía negativa: ahora queda algo por explicar. La energía / masa positiva manifiesta una fuerza atractiva llamada gravedad, pero también hay una energía oscura repulsiva (como la electrostática, el signo de la energía es una elección arbitraria). La energía de un signo curvaría el espacio-tiempo en una dirección, y la energía del signo opuesto induciría la curvatura opuesta. El WMAP ha evaluado que la curvatura neta es efectivamente cero, por lo que esto sugiere un universo de energía cero.

Además, vivimos en un universo de carga cero (cantidades iguales de cargas eléctricas positivas y negativas) y un universo de giro cero (si sumamos los momentos angulares de las galaxias, se cancelan a cero). Entonces, el universo, ampliamente estudiado, tiene todas las propiedades de la nada.

La cantidad total de energía en el universo es fija. No se puede crear ni destruir.

Dado que la cantidad total de energía es fija, debe ser la misma ahora que al comienzo del Big Bang y como será en la muerte por calor del universo.

Esto crea un pequeño problema. Dado que la energía se conserva y la expansión del universo se está acelerando (lo que requiere la aplicación de una fuerza, lo que requiere energía), la ecuación debe ser equilibrada por algo que sea igual y opuesto.

Como no se entiende ni la energía ni la energía negativa, las pondré en un segundo plano. Se mencionan por cómo se relacionan con el Big Bang.

En el momento del Big Bang, solo tienes un falso vacío, que es violentamente inestable y debe expandirse, lo que conduce a la fase inflacionaria. Antes de la expansión, la suma total de información, energía y masa es cero.

Durante la fase inflacionaria, la espuma cuántica (que consiste en información cero, masa cero y energía cero en promedio) se expandió. Como se expandió, las partículas no pudieron encontrar las antipartículas. Debido a la ruptura en la simetría, las antipartículas tienen más probabilidades de convertirse en partículas que al revés. Dejaré que los expertos expliquen cómo se rompe la simetría, como venganza por las horribles ecuaciones que tuve que sufrir en la escuela. 🙂

De todos modos, la suma total todavía no ha cambiado. La rotación de antimateria a materia no puede cambiar la información, la masa o la energía del sistema. Eso está prohibido por las leyes de conservación. (Otras operaciones pueden convertir la masa en energía y viceversa, pero si calculara la energía efectiva, siempre obtendría el mismo total).

Por lo tanto, toda la información, materia y energía en el universo que una vez fue espuma cuántica, más todo lo que una vez estuvo en esa misma espuma (es algo ocupado), debe continuar sumando a cero, una vez que tenga en cuenta la equivalencia.

¿Tenemos pruebas de esto? Tal vez. El efecto Casimir produce una región de energía negativa. La energía negativa es real. Bueno, entero, supongo, ya que está cuantizado. Así que tenemos una gran cantidad de energía negativa increíblemente poderosa, en todas partes.

La información, que tiene masa efectiva y energía efectiva, no tiene ningún equivalente negativo obvio, pero la simetría requiere que la tenga, al igual que las leyes de conservación.

La materia es algo con lo que debemos tener cuidado. La antimateria no tiene masa negativa ni energía negativa. Si lo hiciera, cuando se combinara con la materia, no obtendría nada. La masa negativa está permitida en algunos modelos de supercuerdas.

Por lo tanto, si fuera a combinar absolutamente todo, conocido y desconocido, en cualquier momento, la suma siempre debe ser cero.

Algunos físicos defienden la noción de que “la energía neta del Universo es cero” (ver el modelo del Universo de Energía Cero ). Deberían saberlo mejor, porque no hay energía “negativa” con la cual “cancelar” la energía positiva. Para más detalles, vea mi respuesta a ¿La teoría del Big Bang entra en conflicto con la primera ley de la termodinámica?

No hay una respuesta definitiva a eso, al menos en cifras. La energía neta, en cantidad, puede ser y se define útilmente en relación con un observador particular. Para la definición de energía que usamos (tanto intuitiva como formalmente), junto con los tipos con los que estamos familiarizados, la energía total de este universo es lo que crees que es, también puede ser negativa (especialmente, considerando que todo está unido de alguna manera por las fuerzas nucleares y en los grandes esquemas, la gravedad solo atrae. Pero de nuevo, es cuestión de elección dónde pones esa barrera de energía cero. Aunque de una manera más expresable, si relacionas la energía con el potencial de cambiar o hacer cosas, entonces, probablemente, la energía de este universo no es cero y también es enorme.

Esta hipótesis tiene su origen en la incertidumbre cuántica. En la teoría cuántica se permite que algo aparezca literalmente de la nada (más precisamente, fuera del espacio-tiempo en nuestro universo). Un par de partículas + su antipartícula puede aparecer de la nada, literalmente, su energía y sus números cuánticos se cancelan mutuamente con precisión, por lo que el par es solo una manifestación diferente de “nada”, son equivalentes en todos los aspectos.

Es un poco como decir que le pide a un banco un préstamo de 1,000 dólares. Tienes 1,000 dólares en tu bolsillo pero debes 1,000 dólares al banco, así que en realidad no tienes nada.

Pero hay una gran diferencia entre no tener nada y tener 1,000 dólares en su bolsillo y adeudar 1,000 dólares al banco. El primero no le permite hacer nada, su universo personal está muerto, no puede hacer nada, es nada, mientras que el segundo le permite hacer cosas interesantes, puede usar los 1,000 dólares prestados para iniciar un negocio, invertir, etc. y construye cosas muy interesantes “de la nada que tenías”. Puedes construir un universo muy interesante a partir de esa nada.

Entonces, a algunas personas se les ocurrió la idea de que el cuanto cuántico permitía la aparición de algo de la nada podría aplicarse a todo el universo.

Se dieron cuenta de que, con algunos supuestos, la existencia de un espacio-tiempo con una constante cosmológica (“energía oscura”) podría considerarse como el “lado negativo” que cancela los contenidos de energía del universo (materia / antimateria, radiación y materia oscura).

En este modelo, de hecho, el contenido de energía “positiva” del universo se cancela por la existencia del espacio-tiempo mismo, incluida su energía cosmológica constante (energía oscura) que representa el “lado negativo”.

Por lo tanto, el universo puede estar funcionando con energía prestada de la nada, y la deuda que tiene es la existencia de un espacio-tiempo en expansión.

¿Se aniquilarán alguna vez y se convertirán en la nada? Quién sabe…

Sí, la energía del universo es probablemente cero, porque su energía potencial gravitacional negativa total cancela la energía positiva de la materia en el universo.
https://en.wikipedia.org/wiki/Ze …
https://en.wikipedia.org/wiki/Gr …
https://en.wikipedia.org/wiki/St …

Nadie lo sabe … pero:
Universo de energía cero esto es solo una hipótesis, pero entiendes el punto.

Sí lo es.

Tiene que ser 0, cero! ¿Por qué 1, uno? ¿Cómo sería posible para empezar? ¿Por la conservación de la energía? Eso sería un pensamiento limitado con respecto a las observaciones limitadas.

¡Supongo que haces esta pregunta sobre el Universo Global, no el universo visible! La energía total del universo visible no es 0, es 1

Sí lo es. Como la mayoría de las cantidades físicas conservadas, la energía total del universo es 0. Toda la energía positiva del universo se compensa con una cantidad igual de energía potencial gravitacional, que es una cantidad negativa. Las energías de enlace asociadas con otros campos de fuerza también son negativas, pero en la escala del universo, la energía potencial gravitacional constituye la mayor parte de la energía negativa que existe.

Una forma de ver la energía del universo es mirar su forma. Mientras que la materia abolla el tejido del espacio-tiempo, si uno sumara tales curvaturas, obtendría un universo plano. Un universo plano tiene una energía neta cero. Entonces, uno puede llegar a una conclusión absurda de que el universo no puede salir nada y eso ayuda a esquivar la pregunta de dónde vino el universo. El sonido es ridículo, pero esta es una de las teorías más conocidas.

http: //blogs.scientificamerican… .

Sin embargo, no hay ninguna prueba definitiva que diga “la energía total del universo es cero”, es simplemente una especulación teórica.

Antes del Big Bang, el universo estaba en reposo, pero después del Big Bang se está separando y cayendo ahora hay materia en el universo en forma de energía positiva, pero también hay gravedad como negativa para igualarlo, según la teoría, sí, el universo es cero energía

No es cero Y tampoco se conserva, según la relatividad general aplicada a la cosmología.

Se puede demostrar de alguna manera indirecta que la energía neta del universo es cero. Para esto, primero tendremos que determinar si el universo tiene un comienzo en el pasado o si tiene un pasado eterno. Creo que existe un consenso entre los científicos de que el universo no es eterno, sino que se originó a partir de una gran explosión hace 13.800 millones de años. Así que ahora podemos decir que el universo tiene un comienzo. Ahora solo hay dos opciones que se pueden tener en cuenta al discutir el comienzo del universo. Podemos preguntar: 1) ¿se originó de algo? O, 2) ¿se originó de la nada? Si se hubiera originado de la nada, entonces obviamente la energía total neta del universo sería cero, porque en este caso el universo comenzó con energía cero. Si el universo se hubiera originado a partir de algo, entonces también con la ayuda de la teoría especial y general de la relatividad se puede demostrar que la energía total de ese algo sería cero. Decimos que el universo se originó a partir de algo. Eso significa que antes del origen del universo no había nada más que ese algo: sin espacio, sin tiempo, sin materia y sin energía. El espacio, el tiempo, la materia y la energía surgieron solo después del origen del universo a partir de ese algo. Ahora, la teoría general de la relatividad de Einstein ha demostrado que el espacio, el tiempo y la materia están tan interconectados que no puede haber espacio y tiempo sin materia. Del mismo modo, no puede haber ningún asunto sin espacio y tiempo. Nuevamente, a partir de la teoría especial de la relatividad de Einstein, llegamos a saber que la materia y la energía son equivalentes. Entonces, en lugar de decir que no puede haber materia sin espacio y tiempo, también podemos decir que no puede haber energía sin espacio y tiempo. Ahora ya hemos demostrado que el algo inicial no tenía espacio ni tiempo. Pero también hemos demostrado que no puede haber energía sin espacio y tiempo. Entonces el algo inicial no puede tener ninguna energía.

Entonces, si el universo tiene un comienzo, entonces es irrelevante si se originó de algo o de nada, porque en ambos casos comenzará con energía cero. Por lo tanto, si el universo no es eterno pasado, entonces su energía neta siempre será cero.