Si se conserva la energía, ¿cómo surgió BIGBANG? ¿No es contradictorio?
De hecho, la conservación de la energía en el universo no es incompatible con el nacimiento del Big Bang. La energía de los procesos intermedios también se conserva. Sin embargo, la paradoja es que sí se conserva el número bariónico. El número de leptones es incompatible con el Big Bang. Hablemos de este tema a continuación.
La esencia del universo es la conservación de la energía.
Antes la gente creía que la materia era la esencia básica del universo, lo que significaba que existía una ley básica de conservación de la materia (masa) en el universo, porque la gente descubrió que la calidad de la materia no se producía. en todos los procesos físicos y mecánicos, sin importar la forma que tenga un objeto. Más tarde, después de dominar las reacciones químicas, se descubrió que la masa de sustancias que participan en las reacciones químicas, ya sean endotérmicas o exotérmicas, también se conserva con el producto. , por lo que se propuso el concepto de materia /calidad.
A principios del siglo XX, la gente creía que toda la materia del mundo estaba compuesta de átomos, y que cada átomo también incluía un núcleo cargado positivamente y electrones que giraban alrededor del núcleo. El número de protones en el núcleo determina el tipo de átomo y sus propiedades físicas y químicas. Entonces enumeramos una tabla periódica basada en el número y las propiedades de diferentes átomos, que es la tabla periódica de elementos.
Sin embargo, se descubrió que algunos elementos más pesados también tienen una propiedad muy especial: la radiactividad. Estos elementos pueden transformarse espontáneamente en elementos más ligeros sin interferencia externa, es decir, descomponerse. Durante la desintegración de elementos pesados, se liberan partículas alfa (núcleos de helio) y partículas beta (electrones). Si los elementos transformados todavía son radiactivos, se descompondrán en elementos más ligeros y estables. En teoría, todos los elementos más pesados que el plomo (No. 82) se descompondrán en plomo o en elementos más ligeros que el plomo en un largo proceso.
Sin embargo, durante este proceso, la gente descubrió un extraño fenómeno. La suma de las masas de los nuevos elementos y partículas liberadas después de la desintegración de los elementos radiactivos es más ligera que la de los elementos anteriores, lo que indica que la conservación de materia/masa que creíamos anteriormente es defectuosa. Einstein resolvió este problema en 1905. Creía que parte de la masa después de la desintegración se disipaba en forma de energía. Ésta es la equivalencia entre energía y masa en la famosa ecuación masa-energía. La energía liberada por una sustancia, ya sea mediante una reacción química o nuclear, proviene de la masa perdida por los reactivos. La razón por la que solíamos pensar que la masa de las reacciones químicas se conserva es porque la energía liberada por esta reacción es muy pequeña, es decir, la masa perdida es difícil de medir. Entonces, la ley básica de conservación del universo es la conservación de la energía, no la conservación de la materia/masa.
Dado que la materia no se conserva, ¿de dónde surgió la materia en el universo?
Se trata del origen del universo. A menudo decimos que el universo nació de una explosión de calor. De hecho, esta frase ahora es incorrecta, porque ignora un proceso clave, es decir, ¿cómo llegó a existir el estado de expansión térmica denso y caliente lleno de materia y radiación en los primeros días del Big Bang? Eso es lo que creó el Big Bang y la materia durante el Big Bang.
La teoría del Big Bang no nos da una respuesta a esta pregunta, pero en 1980, el físico estadounidense Alan Guth propuso una teoría factible sobre el nacimiento del Big Bang. . Esta teoría dice que el universo no se originó directamente a partir del Big Bang, sino que hubo una etapa de inflación antes de él. Esto se debe a que no hay materia ni partículas de radiación en el universo, y solo hay una enorme energía del vacío en el vacío, que es la fuente de energía más esencial del universo. La energía del vacío es un atributo básico del espacio, es decir, mientras haya espacio, habrá fluctuaciones cuánticas, que producirán dos pares de partículas virtuales positivas y negativas en poco tiempo. Las partículas negativas se aniquilarán en muy poco tiempo. Devolverán energía al universo.
Esta es la fuente original de energía en el universo, pero en última instancia, ¿de dónde vino la energía original del espacio o del vacío? La ciencia actual no puede responder a esta pregunta porque no podemos remontarnos al principio del universo, lo que significa que toda la física conocida perderá su efecto en el primer instante y la perfección dejará de tener sentido. Y el tiempo que conocemos no empieza desde cero, sino que tiene el tiempo de Planck más corto, que es 10-43s. Este tiempo es pequeño, pero también mayor que cero.
No sabemos qué pasó en el universo 0, ni sabemos de dónde vino esta energía del vacío. Pero esto no nos impide volver a la siguiente pregunta.
¿De dónde procede la materia del universo? ¿No se conserva la energía del vacío en el nacimiento del universo?
Durante el período de inflación cósmica, la energía del vacío del espacio también provocó la expansión exponencial del espacio, que terminó en 10-36 segundos (este tiempo es incierto). En términos generales, el espacio se extiende a un rango enorme en un corto período de tiempo y las fluctuaciones cuánticas se expanden a todo el universo. Después de la inflación, una pequeña cantidad de pares de partículas virtuales en el espacio se desintegraron en materia, es decir, estos pares de partículas virtuales positivas y negativas se transformaron en partículas reales. Este proceso se llama fase de recalentamiento cósmico.
Pero la mayor parte de la energía del vacío todavía está sellada en el espacio, que es lo que actualmente llamamos energía oscura. Es una pequeña fracción de la energía del vacío la que crea la materia que se mueve a través de nuestro universo, y la energía se conserva en este proceso. No desaparecerá sin ningún motivo.
Entonces la pregunta es, ¿por qué digo que la conservación del número bariónico y del número leptón es inconsistente con BIGBANG? Verás, al principio no había materia ni antimateria en el universo. Estas partículas positivas y negativas se producen después de la desintegración de la energía del vacío, pero aún así se aniquilarán entre sí, devolviendo energía al universo, y la energía producirá nuevas partículas positivas y negativas. Si este ciclo continúa, no habrá ninguna partícula de materia en el universo. En otras palabras, el número de bariones (neutrones y protones) y leptones (electrones) es siempre cero.
Pero el universo real está lleno de todo tipo de materia, compuesta por bariones y leptones, y según las predicciones del Modelo Estándar, los protones y los electrones no decaerán, es decir, siempre se conservarán. . (Algunas teorías predicen que los protones se descompondrán, pero los experimentos no han encontrado esto). Esto significa que debe haber habido un proceso en el que el número de bariones superó cero al comienzo del universo, creando el universo material actual. ¿Te suena familiar esta pregunta? Este es en realidad el problema de la no conservación de la materia positiva y negativa, y también es el misterio de la desaparición de la antimateria. Es el mayor problema de la cosmología actual.
Entonces, mientras exista la energía del vacío inicial que dio origen al universo, cualquier proceso de cambio desde el posterior Big Bang hasta el universo actual seguirá la conservación de la energía. En otras palabras, si el universo vuelve a colapsar y vuelve a su estado energético original, la energía que contiene será la misma que la del universo hace 65.438 millones de años.
Pero la verdadera contradicción es por qué la energía del vacío inicial explotó y luego se transformó en partículas reales, es decir, por qué se produjeron pares de materia positiva y negativa, y por qué la materia positiva y negativa no se conservaron, rompiéndose la Proceso de cero bariones en el universo.