é uma boa pergunta, mas a fim de respondê-la temos que esclarecer precisamente o que a física diz sobre a primeira lei da termodinâmica.
A primeira lei da termodinâmica não especifica realmente que a matéria não pode ser criada nem destruída, mas sim que a quantidade total de energia em um sistema fechado não pode ser criada nem destruída (embora possa ser alterada de uma forma para outra)., Foi depois que a física nuclear nos disse que a massa e a energia são essencialmente equivalentes – isto é o que Einstein quis dizer quando escreveu E= mc^2 – que percebemos que a primeira lei da termodinâmica também se aplicava à massa. A massa tornou-se outra forma de energia que teve que ser incluída em um tratamento termodinâmico completo de um sistema. (Para uma nota muito importante sobre a diferença entre matéria e massa, veja aqui: http://plato.stanford.edu/entries/equivME/#2.1).,
Geladeiras são exemplos de fechado termodinâmica do sistema
A primeira coisa que temos a fazer é determinar o que é um “sistema fechado” é. Quando olhamos para uma situação física e desenhamos um círculo imaginário em torno dela, estamos definindo um sistema. Um frigorífico, por exemplo, pode ser um sistema termodinâmico., Mas uma vez que tenha especificado que o sistema é fechado, isto significa que tudo dentro do sistema naquele momento – a quantidade total de energia, seja a energia potencial (a massa pode ser pensado como uma espécie de energia potencial), ou energia cinética, ou ambos, deve permanecer no mesmo, de nível constante. Se a quantidade sobe ou desce, ou o sistema não é fechado, ou negligenciamos a conta de energia (por exemplo, calor) entrando no sistema ou deixando o sistema., Se desenharmos o nosso círculo imaginário em torno do universo, podemos chamar ao universo um sistema fechado, mas isso significa que a quantidade total de energia no universo tem de permanecer a mesma – desde o seu início até agora.você pode estar hesitante em acreditar que a energia total no universo é constante porque parece haver tanto dela, ou porque a ciência parece indicar que o universo está se expandindo. Há estrelas, planetas, galáxias, aglomerados globulares – em toda parte, matéria e energia parecem existir, e está constantemente correndo em todas as direções., Mas, para começar, a expansão do universo não precisa tomar mais energia – à medida que o universo se expande, as distâncias entre estrelas ou galáxias aumentam, e assim a energia gravitacional entre elas diminui para compensar. E mais importante, a termodinâmica não indica o valor que a energia total deve ter. Pode ser um número enorme, mas constante (este é o que é conhecido como um universo “aberto”, onde a quantidade de matéria/energia no universo excede uma certa densidade “cut-off”: veja http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/denpar.html)., Poderia ser, como a maioria dos físicos agora acreditam, zero (este é chamado de universo “plano”, onde a densidade da matéria no universo é igual à densidade de corte). Pode ser negativo, mesmo (um universo “fechado”, onde a quantidade de matéria é menor que a densidade de corte). Poderia ser qualquer coisa, mas qualquer que seja o valor que é agora, foi no início! De acordo com a física, toda a matéria e energia no universo agora existia de alguma forma no Big Bang.,
“A expansão do universo não tem que ter mais energia à medida que o universo se expande, as distâncias entre as estrelas ou as galáxias, que aumenta, e assim a energia gravitacional entre eles diminui para compensar”
Imagem cortesia de NASA
Agora, há uma leve engate em que temos dito até agora, e o que é a mecânica quântica. A mecânica quântica afirma que, em uma escala muito, muito pequena e por períodos muito, muito curtos de tempo, a energia pode ser espontaneamente criada e destruída., Como a água fervente, onde as bolhas espontaneamente aparecem e explodem, a energia – na forma de partículas-pode espontaneamente aparecer do vazio do espaço-tempo, existir por uma quantidade tremendamente curta de tempo, e desaparecer novamente. Em escalas de tempo e comprimento normais, tudo isso é em média para o que a termodinâmica diz ser verdade (que nenhuma energia é criada ou destruída dentro do sistema fechado do universo)., Mas isso significa que, se houvesse uma flutuação tão pequena no início do tempo, ela poderia ter feito a energia total do Universo na criação um pouco mais do que zero, e assim o universo sempre conterá essa quantidade total de energia. Tal flutuação pode ter sido o que fez com que o universo começasse em primeiro lugar. O campo científico da cosmologia, bem como o campo crescente da teoria das cordas, estão trabalhando para responder a esta pergunta final (e bastante filosófica) – como o universo começou?,
mas aqui está a melhor parte – ainda não sabemos exatamente o que aconteceu no momento em que o universo começou. Ainda estamos a trabalhar na física. Talvez sejas tu a descobrir finalmente!Kelly Chipps (também conhecida como nuclear.
Postdoctoral Fellow
Department of Physics
Colorado School of Mines
Submitted by:
Tyler from Eden, TX
