esa es una pregunta bastante buena, pero para responderla tenemos que aclarar con precisión lo que dice la física sobre la primera ley de la termodinámica.
la primera ley de la termodinámica en realidad no especifica que la materia no puede ser creada ni destruida, sino que la cantidad total de energía en un sistema cerrado no puede ser creada ni destruida (aunque puede ser cambiada de una forma a otra)., Fue después de que la física nuclear nos dijo que la masa y la energía son esencialmente equivalentes – esto es lo que Einstein quiso decir cuando escribió e= mc^2 – que nos dimos cuenta de la 1ra ley de la termodinámica también se aplica a la masa. La masa se convirtió en otra forma de energía que tuvo que ser incluida en un tratamiento termodinámico completo de un sistema. (Para una nota muy importante sobre la diferencia entre materia y masa, vea aquí: http://plato.stanford.edu/entries/equivME/#2.1).,
Los refrigeradores son ejemplos de sistema termodinámico cerrado
Lo primero que tenemos que hacer es determinar qué es un «sistema cerrado». Cuando miramos una situación física y dibujamos un círculo imaginario a su alrededor, estamos definiendo un sistema. Un refrigerador, por ejemplo, puede ser un sistema termodinámico., Pero una vez que hemos especificado que el sistema está cerrado, significa que todo dentro del sistema en ese momento – la cantidad total de energía, ya sea energía potencial (la masa se puede pensar como un tipo de energía potencial) o energía cinética o ambas – debe permanecer en ese mismo nivel constante. Si la cantidad sube o baja, o bien el sistema no está cerrado, o hemos descuidado tener en cuenta la energía (por ejemplo, el calor) que entra en el sistema o sale del sistema., Si dibujamos nuestro círculo imaginario alrededor del universo, podemos llamar al Universo un sistema cerrado, pero significa que la cantidad total de energía en el universo debe permanecer igual, desde su comienzo hasta ahora.
Usted puede ser reacio a creer que la energía total en el universo es constante porque parece haber mucha de ella, o porque la ciencia parece indicar que el universo se está expandiendo. Hay estrellas, planetas, galaxias, cúmulos globulares-en todas partes, la materia y la energía parecen existir, y está constantemente corriendo en todas direcciones., Pero para empezar, la expansión del universo no tiene que tomar más energía – a medida que el universo se expande, las distancias entre estrellas o galaxias aumentan, y por lo tanto la energía gravitacional entre ellas disminuye para compensar. Y lo que es más importante, la termodinámica no indica qué valor debe tener la energía total. Podría ser un número enorme, pero constante (esto es lo que se conoce como un universo «abierto», donde la cantidad de materia/energía en el universo excede una cierta densidad de» corte»: véase http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/denpar.html)., Podría ser, como la mayoría de los físicos creen ahora, cero (esto se llama un universo «plano», donde la densidad de materia en el universo es igual a la densidad de corte). Podría ser negativo, incluso (un universo «cerrado», donde la cantidad de materia es menor que la densidad de corte). Podría ser cualquier cosa, pero sea cual sea el valor que tenga ahora, ¡lo fue al principio! Según la física, toda la materia y la energía en el universo ahora existían en alguna forma en el Big Bang.,
«La expansión del universo no tiene que tomar más energía – a medida que el universo se expande, las distancias entre estrellas o galaxias aumentan, y por lo tanto la energía gravitacional entre ellas disminuye para compensar»
Imagen cortesía de NASA
ahora, hay un ligero enganche en lo que hemos dicho hasta ahora, y eso es cuántica mecánica. La mecánica cuántica afirma que, en una escala muy, muy pequeña y durante períodos de tiempo muy, muy, muy cortos, la energía puede ser creada y destruida espontáneamente., Como el agua hirviendo, donde las burbujas aparecen y estallan espontáneamente, la energía – en forma de partículas-puede aparecer espontáneamente desde el vacío del espacio-tiempo, existir durante un período tremendamente corto de tiempo y desaparecer de nuevo. En escalas normales de tiempo y longitud, todo esto promedia lo que la termodinámica dice que debería ser cierto (que no se crea ni destruye energía dentro del sistema cerrado del universo)., Pero esto significa que, si hubiera una fluctuación tan pequeña al principio del tiempo, podría haber hecho que la energía total del universo en la creación sea ligeramente más que cero, y por lo tanto el universo siempre contendrá esa cantidad total de energía. Tal fluctuación pudo haber sido lo que causó que el Universo comenzara en primer lugar. El campo científico de la cosmología, así como el creciente campo de la teoría de cuerdas, están trabajando para responder a esta última pregunta (y más bien filosófica): ¿cómo comenzó el universo?,
pero aquí está la mejor parte: aún no sabemos exactamente qué sucedió en el momento en que comenzó el universo. Todavía estamos trabajando en la física. ¡Tal vez tú seas el que finalmente lo averigüe!
respondida por:
Kelly Chipps (aka nuclear.kelly)
becario Postdoctoral
Departamento de Física
Escuela de Minas de Colorado
enviado por:
Tyler de Eden, TX
