Ik heb een vraag over de expansie van het universum en de 1ste wet van de thermodynamica.

Franky, 60 jaar
30 juli 2018

Het universum expandeert nog steeds sinds de Big Bang. Van het universum wordt gezegd dat het een geïsoleerd systeem is. Waarom daalt de temperatuur niet van het universum als we hierbij de 1ste wet van de thermodynamica betrekken ? Vermits het een geïsoleerd systeem is de delta Q = 0. Het universum expandeert ; de delta V neemt toe . Normaal zou de inwendige energie moeten afnemen. Echter dit zal wellicht niet kloppen. Wordt deze expansie dan niet gezien als een vorm van arbeid ? Wat klopt er niet in mijn beredenering ?

Antwoord

Deze vraag werd – in een iets andere vorm – vroeger al eens beantwoord op deze site.  Maar geen probleem om het nog eens te doen, want het is een belangrijke vraag.  Als er een fundamentele wet bestaat in de fysica, is dat zeker behoud van energie; een theorie die daar niet aan voldoet, is waardeloos.  Overigens, de twee meest fameuze vergelijkingen in de fysica – die van Einstein over de gravitatie en de Schrodinger-vergelijking in de kwantumfysica – drukken in eerste instantie energiebehoud uit.

De expansie van het heelal is oplossing van die vergelijking van Einstein: ze moet dus aan energiebehoud voldoen.  En dat is ook het geval.  In de eerste hoofdwet (dE = dU + P dV), is de term P dV deze van de geleverde arbeid.  Het volume V neemt toe, maar om arbeid te leveren moet er ook druk (P) zijn.  De twee componenten die bijdragen tot de energie van het heelal (materie en straling; laat ons ‘donkere energie’ hier buiten laten) gedragen zich hier verschillend.  De materie oefent nauwelijks druk uit (sterrenstelsels botsen zoveel minder vaak als moleculen in een gas) en leveren dus geen arbeid; behoud van energie betekent voor materie gewoon dat de dichtheid afneemt omgekeerd evenredig met de derde macht van de afmeting van het heelal.  De straling (die we waarnemen in de kosmologische achtergrondstraling) oefent WEL druk uit, en dus arbeid.  En juist daarom neemt haar temperatuur wel degelijk af met de kosmische tijd.  Dat kunnen we trouwens experimenteel vaststellen: vandaag is haar temperatuur ongeveer 3 graden boven het absolute nulpunt, maar er zijn aanwijzingen dat deze temperatuur voor verafgelegen stelsels – die we dus in een vroegere fase zien – inderdaad hoger was, exact volgens wat de theorie ervan zegt.  Verder kloppen meerdere belangrijke gegevens over het vroege heelal enkel indien de temperatuur dan inderdaad hoger was volgens de toepassing van de eerste hoofdwet.

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Zoek andere vragen

© 2008-2025
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door Eos wetenschap. Voor vragen over het platform kan je terecht bij liam.verbinnen@eos.be