La hipótesis del universo de energía cero propone que la cantidad total de energía en el universo es exactamente cero : su cantidad de energía positiva en forma de materia es exactamente cancelada por su energía negativa en forma de gravedad . [1] Algunos físicos, como Lawrence Krauss , Stephen Hawking o Alexander Vilenkin , llaman o llamaron a este estado "un universo de la nada", aunque el modelo de universo de energía cero requiere tanto un campo de materia con energía positiva como un campo gravitacional con energía negativa. energía para existir. [2]La hipótesis se discute ampliamente en fuentes populares. [3] [4] [5]
Historia
Durante la Segunda Guerra Mundial , Pascual Jordan sugirió por primera vez que, dado que la energía positiva de la masa de una estrella y la energía negativa de su campo gravitacional juntas pueden tener una energía total cero, la conservación de la energía no evitaría la creación de una estrella por una transición cuántica del vacío. George Gamow relató plantear esta idea a Albert Einstein : "Einstein se detuvo en seco y, como estábamos cruzando una calle, varios coches tuvieron que parar para evitar atropellarnos". [6] La elaboración del concepto fue lenta, con el primer cálculo notable realizado por Richard Feynman en 1962. [7] La primera publicación conocida sobre el tema fue en 1973, cuando Edward Tryon propuso en la revista Nature que el universo emergió de una fluctuación cuántica a gran escala de la energía del vacío , que da como resultado que su energía de masa positiva esté exactamente equilibrada por su energía potencial gravitacional negativa . [4] En las décadas siguientes, el desarrollo del concepto estuvo plagado constantemente por la dependencia de las masas calculadas en la selección de los sistemas de coordenadas. En particular, surge un problema debido a la energía asociada con los sistemas de coordenadas que co-rotan con todo el universo. [7] Una primera restricción se derivó en 1987 cuando Alan Guth publicó una prueba de que la energía gravitacional es negativa para la masa-energía asociada a la materia. [8] No se entendió la cuestión del mecanismo que permite la generación de energía tanto positiva como negativa a partir de la solución inicial nula, y Stephen Hawking propuso una solución ad hoc con tiempo cíclico en 1988. [9] [10]
En 1994, el desarrollo de la teoría se reanudó [11] tras la publicación de un trabajo de Nathan Rosen , [12] en el que Rosen describía un caso especial de universo cerrado. En 1995, JV Johri demostró que la energía total del universo de Rosen es cero en cualquier universo compatible con una métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker , y propuso un mecanismo de generación de materia impulsada por la inflación en un universo joven. [13] La solución de energía cero para el espacio de Minkowski que representa un universo observable se proporcionó en 2009. [7]
Restricciones experimentales
La prueba experimental de que el universo observable es un "universo de energía cero" no es concluyente actualmente. La energía gravitacional de la materia visible representa del 26 al 37% de la densidad total de energía de masa observada. [14] Por lo tanto, para ajustar el concepto de un "universo de energía cero" al universo observado, son necesarios otros depósitos de energía negativa además de la gravedad de la materia bariónica. Con frecuencia se supone que estos reservorios son materia oscura . [15]
Ver también
Referencias
- ^ "Una conferencia de Universo de la nada por Lawrence Krauss en AAI" . 2009 . Consultado el 17 de octubre de 2011 .
- ^ Isham, Christopher (14 de julio de 1994). Cosmología cuántica y el origen del universo (habla). Conferencia presentada en la conferencia “Cosmos y creación. Universidad de Cambridge.
- ^ Lawrence M. Krauss (2012). Un universo de la nada: por qué hay algo en lugar de nada . Simon y Schuster. págs. 150-151 . ISBN 978-1-4516-2445-8.
- ^ a b Edward P. Tryon , "¿Es el universo una fluctuación del vacío?", Nature , vol. 246, p. 396–397, 1973.
- ^ Berkeley Lab, Smoot Group - http://aether.lbl.gov - Inflación para principiantes, JOHN GRIBBIN "La incertidumbre cuántica permite la creación temporal de burbujas de energía o pares de partículas (como pares electrón-positrón) de la nada , siempre que desaparezcan en poco tiempo. Cuanta menos energía esté involucrada, más tiempo puede existir la burbuja. Curiosamente, la energía en un campo gravitacional es negativa, mientras que la energía encerrada en la materia es positiva. Si el universo es exactamente plano , entonces, como señaló Tryon, los dos números se cancelan y la energía total del universo es precisamente cero. En ese caso, las reglas cuánticas permiten que dure para siempre ". archivado, 2014
- ^ Más allá de Einstein: La búsqueda cósmica de la teoría del universo - Michio Kaku, Jennifer Trainer Thompson - Oxford University Press, 1997 - p189
- ^ a b c Berman, Marcelo Samuel (2009). "Sobre el Universo de Energía Cero". Revista Internacional de Física Teórica . 48 (11): 3278–3286. arXiv : gr-qc / 0605063 . Código Bibliográfico : 2009IJTP ... 48.3278B . doi : 10.1007 / s10773-009-0125-8 . S2CID 119482227 .
- ^ Alan Guth , en su libro The Inflationary Universe , ( ISBN 0-224-04448-6 ) Apéndice A Dado que la energía negativa de un campo gravitacional es crucial para la noción de un universo de energía cero, es un tema que vale la pena examinar detenidamente. En este apéndice explicaré cómo se pueden usar las propiedades de la gravedad para mostrar que la energía de un campo gravitacional es inequívocamente negativa. El argumento se describirá [en el apéndice] en el contexto de la teoría de la gravedad de Newton, aunque se puede llegar a la misma conclusión utilizando la teoría de la relatividad general de Einstein .
- ^ Stephen Hawking , Una breve historia del tiempo , p. 129.
- ^ "Podríamos decidir que no había ninguna singularidad. El punto es que la materia prima en realidad no tiene que provenir de ningún lado. Cuando tienes campos gravitacionales fuertes, pueden crear materia. Puede ser que no haya realmente cualquier cantidad que sea constante en el tiempo en el universo. La cantidad de materia no es constante, porque la materia puede crearse o destruirse. Pero podríamos decir que la energía del universo sería constante, porque cuando creas materia, necesitas usar energía. Y en cierto sentido, la energía del universo es constante; es una constante cuyo valor es cero. La energía positiva de la materia está exactamente equilibrada por la energía negativa del campo gravitacional. Por lo tanto, el universo puede comenzar con energía cero y aún así crear materia. Obviamente, el universo comienza en un momento determinado. Ahora puedes preguntarte: ¿qué desencadena el universo? Realmente no tiene que haber ningún comienzo para el universo. Podría ser que el espacio y el tiempo juntos son como la superficie de th e Tierra, pero con dos dimensiones más, con grados de latitud que juegan el papel del tiempo ". - Stephen Hawking , "Si hay un límite en el universo, debe haber un Dios" (entrevista), en Renée Weber, Diálogos con científicos y sabios: la búsqueda de la unidad , 1986. (También parcialmente reimpreso en "Dios como el Edge of the Universe ", en The Scientist , Vol. 1, No. 7, 23 de febrero de 1987, p. 15.)
- ^ Xulu, SS (2000). "Energía total de los universos Bianchi Tipo I". En t. J. Theor. Phys . 39 (4): 1153-1161. arXiv : gr-qc / 9910015 . Código Bibliográfico : 2000IJTP ... 39.1153X . doi : 10.1023 / A: 1003670928681 . S2CID 15413640 .
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