Como bien dices igual yo también me estoy metiendo en materia demasiado compleja para, sin tener muchos conocimientos, poder entenderla en profundidad.

Por lo que, siguiendo tu buen criterio, también me quedo con la película cosmológica, sin profundidades físicas, y con tu comentario: “el Universo diluye su energía al irse expandiendo, lo que hace bajar su temperatura”, sin meterme en más “líos”.

Muchísimas, muchísimas gracias por tus explicaciones, me han sido, de verdad, de mucha utilidad y, nuevamente, enhorabuena por la serie.

Un saludo y hasta otra.

no sé si voy a poder ayudarte mucho pues yo soy otro “aficionadillo”, con toda seguridad aún más que como te defines a ti mismo. No sé si voy a repetirme pero es tal como lo veo:

Durante la expansión del Universo no se da una expansión libre de un gas, una expansión contra el vacío como se dice. Yo interpreto que no hay un gas que se expande para ocupar un nuevo volumen, sino que lo que se expande es el tejido espaciotemporal del Universo. Y montado sobre el la radiación se va diluyendo. No es el gas, las partículas de radiación, el que produce la expansión del Universo. Esto es lo que entiendo cuando en Cuentos Cuánticos Enrique F. Borja nos dice “…en realidad el fluido cosmológico no está haciendo ninguna fuerza en ninguna pared…” La presión de las partículas debida a su energía cinética no es lo que está provocando un incremento del volumen. Luego estas partículas no están haciendo realmente un trabajo termodinámico durante la expansión. El universo se expande, se cree, por la influencia de un campo semejante al inflatón, quizás el mismo.

Quizás estemos pensando en plan Newton unos procesos que no se pueden contemplar con esta perspectiva. Aquí domina la Relatividad General y he leído -ve este enlace http://www.preposterousuniverse.com/blog/2010/02/22/energy-is-not-conserved/- que si pensamos en relatividad general tenemos que aceptar que la deformación del espacio tiempo puede añadir o restar energía a la materia, por lo que tendríamos la paradoja de que la energía no se conserva. Y cómo no pensar en la energía oscura que crece y crece en valor absoluto mientras el tejido del Universo crece y crece.

De todas formas creo que me estoy metiendo en materia cosmológica muy compleja de la que no tengo ni idea. Sería bueno que alguien con conocimientos específicos nos alumbrase las dudas. Por lo que me quedo sólo en la película cosmológica, sin profundidades físicas, en la que el Universo diluye su energía al irse expandiendo, lo que hace bajar su temperatura. Piensa que en los primeros momento dominaba la radiación y esta pierde energía con la expansión de su longitud de onda. Yo creo que esta energía perdida tiene su reflejo en un incremento de la entropía del Universo, coherente con el hecho físico de que la materia y la radiación se van diluyendo cada vez más en un volumen mayor (más desorden).

Seguimos el intercambio.

En primer lugar decirte que no tengo muchos conocimientos de física, solo soy un simple “aficionadillo”, por lo que me pierdo en algunos párrafos.

El ejemplo que pones del globo ¿no es lo mismo que el experimento de Joule? Como sabemos se expandió un gas hasta ocupar el doble de volumen sin variar la temperatura, pues el trabajo de expansión es 0.

En el globo aunque aumente el volumen y las interacciones moleculares sean menos, la energía cinética media (temperatura) será la misma ¿no?, y si no es así ¿dónde ha ido a parar toda la energía que se disipa cuando baja la temperatura?

¿O te refieres a la temperatura media? División de la temperatura entre el volumen, si es así la densidad baja, pero la energía cinética de cada molécula será la misma, pues al no hacer trabajo no pueden perderla. Porque no hay variación de energía interna en el proceso.

Lo que tenía medianamente claro era que, cuando un gas se expande, (expansión adiabática) y el trabajo de expansión era 0, no podía bajar la temperatura porque si bajada ¿Dónde iba a parar esa energía?

Si aplicamos la teoría del segundo párrafo al experimento de Joule, tendríamos que concluir que también baja la temperatura.

En cuando al último párrafo, el problema del trabajo, (que yo creo que es lo importante de entender, pues es la razón por la cual el universo se enfría, pues la energía que utiliza para este trabajo la extrae de la temperatura ¿no?) comentas que es la “contribución a la gravedad de la energía que está fluyendo de un sitio a otro, pues la presión genera gravedad”, no lo entiendo bien, ¿esto es el trabajo que realiza el universo?

Lo que se dice también en el blog “Cuentos Cuánticos” es:

Radiación –> P= 1/3 pc3 Esta es la presión de radiación que uno obtiene al estudiar la presión de las ondas electromagnéticas, en este caso es la densidad de energía electromagnética en el universo.

Esta presión ¿es el trabajo del universo?

Te agradezco tu paciencia.

Un saludo.

ante todo tengo que comentarte que esta expansión del universo no es libre y SI adiabática. No es libre porque las partículas que formaban el plasma inicial no surgen en un punto determinado del Universo para después expandirse en un tejido espaciotiempo ya existente, a su aire, separándose unas de otras, manteniendo su energía cinética y por tanto manteniendo un entorno de temperatura media constante.

La expansión del Universo es adiabática. Imagínate un globo en un estado inicial hinchado lleno de partículas de gas. Por magia de la tecnología consigues que sin acción exterior, ni entrante ni saliente, el globo incremente su volumen. Las moléculas del gas que estaban uniformemente repartidas por todo el volumen inicial, al expandirse este último seguirán repartidas uniformemente por todos los lados del interior del globo. Lógicamente más separadas, por lo que las interacciones entre ellas serán menores lo que se traducirá en una bajada de presión interna. Pero también al separarse, la densidad de energía cinética interna será menor, lo que podemos traducir como una menor temperatura media en el interior del globo. Incremento de volumen sin influjo externo supone un descenso de la presión y de la temperatura. Esto creo yo que es una expansión adiabática.

Pero a la vez se produce un trabajo igual a la integral de los productos infinitesimales de presión y volumen, entre el momento inicial y el final -integral de dP.dV-.

En teoría esto es lo que le pasaba al Universo.

Pero pasemos ahora al Universo de verdad. Ante todo transcribo palabras de Seteven Weinberg de su libro “Los tres primeros minutos del Universo”: “A pesar de su rápida expansión, el universo está en un estado cercano a un perfecto equilibrio térmico. El contenido del Universo está dictado por las reglas de mecánica estadística.” Por lo que me permito añadir que la termodinámica es perfectamente aplicable sin demasiado error. Luego, podemos considerar al Universo a través de un modelo que representa un sistema repleto de un gas, cuyas moléculas equivalentes serían las partículas que se mueven en su interior. En las primeras fracciones de tiempo serían partículas que se moverían a velocidades relativistas, por lo que entonces al Universo se le consideraba dominado por la radiación, aunque siempre que pensamos en ella pensamos en los fotones.

Con la expansión del Universo la densidad de la radiación -de su aportación energética- disminuía con la cuarta potencia del factor de escala expansión. Tres de esta “cuarta potencia” por ir acompañando al incremento de volumen -“lado al cubo”- y aún una más, hasta cuatro, por irse alargando la longitud de onda de la radiación al estar montada íntimamente en el tejido espacio temporal que se expandía. Y ya sabemos que la energía de la radiación es inversamente proporcional a su longitud de onda.

También sabemos que el Universo se comporta como un perfecto cuerpo negro teórico. Y Boltzman nos dijo que la distribución de densidad de energías en un cuerpo negro es proporcional a la potencia cuatro de su temperatura promedio. Luego, igualando lo dicho en la frase anterior con lo dicho en el párrafo anterior… mientras el Universo doblaba su tamaño -dividía por dos su densidad energética-, a la vez pasaba su temperatura a la mitad.

Y nos queda el problema del trabajo desarrollado en esta expansión adiabática. Porque el Universo creemos que es ilimitado, no tiene fronteras, y por tanto no puede hacer trabajo en otro sistema exterior que haga frontera con él. Se trata por tanto de un trabajo interno que lo que hace en cierta medida es degradar la energía libre del Universo incrementando su entropía entre otras cosas. Pero hace algo más como puedes leer en el párrafo que transcribo de esta entrada -https://cuentos-cuanticos.com/2011/11/04/ingredientes-para-hacer-un-universo/- del blog Cuentos Cuánticos [lo escrito sin cursiva es de mi cosecha]: “Esa idea está muy bien pero hay que tener en cuenta que en realidad el fluido cosmológico no está haciendo ninguna fuerza en ninguna pared. Se denomina presión -con la que se realizaría el trabajo al incrementarse el volumen, P.V- simplemente porque es algo que está definido como un flujo a través de una superficie (imaginaria) -interna-, pero su sentido real es la contribución a la gravedad de la energía que está fluyendo de un sitio a otro -la presión según las ecuaciones de relatividad de Einstein genera gravedad-. Esto se ve claro en relatividad general de donde procede este concepto (a través del estudio del tensor energía momento) pero dado que nosotros estamos llegando a la cosmología empleando argumentos Newtonianos hemos de tener en la cabeza esta sutilidad que estamos exponiendo. Para terminar, la presión no es la que produce la expansión, la expansión es una característica intrínseca del universo.”

Espero que con todo este rollo se queden las ideas más claras. Y como siempre digo… serán bien recibidas todas las opiniones que apoyen la clarificación. Advierto, como siempre también, que yo soy técnico no físico.

Y gracias por tus amables palabras.

comentas que “a medida que el universo se expandía se iba enfriando”, ¿podrías explicarme cómo?

Tengo entendido que se enfrió por “expansión adiabática”, pero si se expande sobre el vacío, no hace trabajo, por lo tanto es una “expansión adiabática libre” y en esta, creo, no hay descenso de temperatura. ??????

Muchas gracias.

Puede parecernos extraño… pero las evidencias y nuestros conocimientos nos permiten pensar que eso fue así con un alta probabilidad. Quizás estés adelantado tu opinión. Sigue con la serie si te parece para ver como todas estas partículas y estos campos creemos que fueron evolucionan a través de una historia continua para crear el Universo que vemos. En este universo surge el sistema solar con a Tierra y en ella la Vida. Si no has leído en El Cedazo la serie La biografía de la Vida… te recomiendo hacerlo para hacerte una idea de como la historia de campos y partículas acabó en nuestro mundo de hoy. Se cree que la Vida pudo aparecer a los pocos cientos de millones de años de formarse la Tierra, la cual se formó, más o menos, a los 10.000 millones de años del Big Bang.

Y esto es ciencia, aunque resulte asombroso. Es lo bonito de mirar a nuestro alrededor con ojos curiosos.

si te sirve de consuelo yo también creo ver vacío. Pero sin lugar a dudas mi vida también se mueve, por ejemplo, en un mundo material sólido, gaseoso y líquido que para comprenderlo sólo necesito hablar de presiones, velocidades del aire, pesos de las masas… y nada de vacíos, incertidumbres, partículas y campos cuánticos. Así que lo material también es una realidad de mi vida, uno de mis mundos, aunque sea una convención evolutiva creada en el cerebro para favorecer la supervivencia. Cuando encontré la tesis que te dejé en mi respuesta se me abrió como un paisaje de optimismo ¡había algo más, importante y real, en que pensar!