8 votos

¿Se reducen las partículas libres en el universo en expansión?

Mi juguete favorito modelo de fondo cósmico de microondas en el universo en expansión es un cubo con totalmente reflectante paredes. Si CMB es una radiación de cuerpo negro, debe ser isotrópico y homogéneo - el mismo número de fotones que pasan a través de un lado del cubo, por lo que puede ser el reflejo y el efecto es el mismo. Este modelo (el remanente de mi paradoja de Olbers período) parecen funcionar también si el cubo está en expansión - da desplazado hacia el rojo que es más frío de la CMB.

Recientemente me imaginaba libre (no relativista) de partículas en lugar de fotones en el cubo. Esto, de nuevo, pide que el universo es homogéneo y el movimiento de las partículas es isotrópica. Pero ahora tengo un problema: si las paredes del cubo se mueve (el cubo o el universo es expandind), este modelo sugiere que las partículas lentamente venir a descansar (que se reflejan en la retracción de las paredes).

7voto

Kyle Oman Puntos 9668

La velocidad peculiar (es decir, la velocidad medido por un observador fijo a la comoving marco) de una partícula libre en una expansión de la cosmología es definido como:

$$\vec{v}=\frac{{\rm d}\vec{r}}{{\rm d}t} - H(t)\vec{r}$$

Aquí $\vec{r}$ es la distancia adecuada, $t$ es el momento adecuado, y $H(t)$ es el tiempo de evolución de parámetro de Hubble. Podemos comprobar si la peculiar cambios de velocidad con el tiempo tomando sus derivados:

$$\frac{{\rm d}\vec{v}}{{\rm d}t}=\frac{{\rm d}^2\vec{r}}{{\rm d}t^2} - \vec{r}\frac{{\rm d}H}{{\rm d}t} - \frac{{\rm d}\vec{r}}{{\rm d}t}H(t)$$

En la inspección es claro que una partícula con no-cero velocidad peculiar en un universo con un no-cero Hubble parámetro debe tener $\frac{{\rm d}\vec{v}}{{\rm d}t}\neq 0$, y con un poco de trabajo se puede demostrar que en un universo como el nuestro se pudren como $1/a$, donde $a$ es el factor de escala.

Usted podría estar tentado a comprar un observador pegado a la partícula ($\vec{r}(t)=0$), en cuyo caso usted podría ser tentado a concluir que el peculiar velocidad es constante, pero esto no funciona ya que la velocidad peculiar se define con respecto a un observador fijo a la comoving marco, es decir, con cero velocidad peculiar a sí mismos.

Su modelo no funciona para partículas libres, porque se trata de colisiones (ya sea con las paredes de la caja, o de otras partículas), lo que significa que las partículas no son realmente libres. Además, los reflejos de la retracción de las paredes son un modelo pobre porque en esa foto las partículas pierden energía en forma discreta veces, mientras que en un modelo cosmológico que el proceso es continuo. Pero su conclusión no está completamente equivocado: desde la velocidad peculiar de cada una de las partículas está en decadencia, en ausencia de la gravedad de la amplificación de las velocidades, finalmente, que todo llegará a su nivel de equilibrio en reposo.

2voto

Wurt Puntos 1

No veo el problema. No hay conservación de energía aquí para la colección de bolas / fotones, la pared lo absorbe. Los fotones también perderán energía al rebotar de los espejos en movimiento. Es solo que a los fotones no se les permite disminuir la velocidad, por lo que se desplazarán al rojo, asintóticamente acercándose al infinito. La única forma de perder energía de las bolas es ralentizarse.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X