宇宙膨脹與引力勢能問題

[WFPC2]

我也很有興趣知道, 時空演化會否導致[星系-星系]系統的[能量-動量]改變. 若是增加了, 那麼能量源會否就是黑暗能量呢?

上面兩個回貼, 都係以兩個靜止星體的情況去看,
但要貼切目前觀測到的星體情況--相互加速遠離.
情況可能有點不同.

如果總能量=靜止質能+動能
在時間 為 T1 的時候, 兩個星體以 V1的速度遠離,
而之後, 在時間為 T2的時候, 兩個星體以 V2 (V2>V1)的速度遠離,
那麼系統在T2時的總能量應比T1時大, 因為T2時的動能比T1時大(靜止質能一樣).

但如果兩個星體空間的膨漲速率, 高於重力加速度(引力),
即是相方永遠不會互相靠近, 那麼系統的位能, 永遠不能被釋放, 系統中的位能是否還有意義 ?

位能的定義是把質點由無窮遠移動至重力場的某點所作的功,
位能V=-GMm/r,重力位能為負值,星體的質能密度則為正值,
兩者剛好互相抵消,所以系統的總能量為零。

若星體因空間膨脹互相遠離,位能應該向零方向增加,距離增加至無窮遠就是零,宇宙的膨脹會令宇宙總質能密度會減小,光子的能量因宇宙膨脹減小而
出現光譜紅移,經典力學從未出現過以上的情況。


若暗能量令宇宙的膨脹,它應該具有負質能密度及斥性的重力。

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我也很有興趣知道, 時空演化會否導致[星系-星系]系統的[能量-動量]改變. 若是增加了, 那麼能量源會否就是黑暗能量呢?

上面兩個回貼, 都係以兩個靜止星體的情況去看,
但要貼切目前觀測到的星體情況--相互加速遠離.
情況可能有點不同.

如果總能量=靜止質能+動能
在時間 為 T1 的時候, 兩個星體以 V1的速度遠離,
而之後, 在時間為 T2的時候, 兩個星體以 V2 (V2>V1)的速度遠離,
那麼系統在T2時的總能量應比T1時大, 因為T2時的動能比T1時大(靜止質能一樣).

但如果兩個星體空間的膨漲速率, 高於重力加速度(引力),
即是相方永遠不會互相靠近, 那麼系統的位能, 永遠不能被釋放, 系統中的位能是否還有意義 ?

位能的定義是把質點由無窮遠移動至重力場的某點所作的功,
位能V=-GMm/r,重力位能為負值,星體的質能密度則為正值,
兩者剛好互相抵消,所以系統的總能量為零。

若星體因空間膨脹互相遠離,位能應該向零方向增加,距離增加至無窮遠就是零,宇宙的膨脹會令宇宙總質能密度會減小,光子的能量因宇宙膨脹減小而
出現光譜紅移,經典力學從未出現過以上的情況。


若暗能量令宇宙的膨脹,它應該具有負質能密度及斥性的重力。

依照天文學家的觀測結果,Dark Energy具有反重力的性質,它令宇宙擴張得愈來愈快,星系團正在加速遠離,如果宇宙繼續按照目前情況演化,在非巨大的天文尺度,Dark Energy會令宇宙的質能密度加速下降,宇宙的温度也持續下降,星系發出的光子能量也持續降低,宇宙會膨脹得愈來愈巨大,愈來愈冰冷虛空。

按照Anderi Lindei 和Alan Guth對粒子物理和場論的研究,
組成宇宙的物質由Big Bang製造出來,但Big Bang本身都是有個
非常重要物理過程引發的,而且是可以用粒子物理解釋,他們引入純量場Scalar Field[/color]量子場的對稱性破缺和真空相變Phase Transition of Vaccum的概念解釋Big Bang如何發生,暗能量和物質如何演化。

他們形容Scalar Field具有位能差,宇宙大爆炸創生都是純量場的位能
由高能態躍遷至低能態造成的結果,位能差造成了一種類似宇宙常數
或暗能量的力量,令宇宙膨脹,宇宙的演化的過程令純量場經歷幾似相
變,形成了基本粒子和各種的力場,性質類似水蒸汽在100℃冷凝
成液態水,水在0℃凝結成冰。

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他們的研究的最大特色就是早期的高能量宇宙具有龐大的真空能,
令宇宙急劇地膨脹,稱為暴脹Inflation的過程...

引發暴脹的力量,性質與暗能量相同,但強度大很多很多倍,是非常誇張的暗能量,它令宇宙真空不穩定,短10^-32秒時間內令宇宙膨脹了至少10^26倍,是基本粒子形成的一刻殺停了這種恐佈的膨脹方式,,令宇宙以溫和的方式膨脹,此時拘動暴脹的真空能因真空的相變轉化為物質粒子,是物質粒子創生時它們的重力結束了暴脹,類似球在山坡滾下,落低處遇到隆起的障礙物時,位能傳化成聲音和熱能,真空的相變像水凝結成冰,釋放潛熱令宇宙形成熱大爆炸火球。

現今宇宙剩底餘下的真空能或暗能量,就令宇宙再度加速膨脹。