Is er een bepaalde waarde voor energie in het universum? En waar haalt het universum de energie vandaan om groter te worden?

Kenza, 18 jaar
17 november 2011

Er is behoud van energie, en dit is geldig op aarde, maar dus ook in het hele universum. De energie in het universum blijft dus toch altijd contstant. Kan men hier dan een waarde op plakken? En als het universum steeds groter wordt, waar haalt het dan de nieuwe energie vandaan om groter te kunnen worden? Er is normaal toch behoud van energie?

Antwoord


Het heelal bestaat uit energie en straling.

Per kubieke meter is er gemiddeld in ons heelal ongeveer 3.5 maal 10 tot de macht min 28 (3.5 10^(-28) ) kg materie in het heelal. Dat is heel erg weinig.  Volgens de fameuze formule van Einstein (E = m c^2) kan men dan berekenen dat de energiedichtheid van de materie vandaag ongeveer 3 10^(-11) Joule per kubieke meter bedraagt.  Dat was vroeger dus meer: wanneer de lengteschaal van het heelal half zo groot was, was de materie-energiedichtheid acht maal groter.  De totale hoeveelheid materiele energie in het heelal vind je door de energiedichtheid te vermenigvuldigen met het (ongekende) volume van het heelal.

Er is ook straling in het heelal aanwezig, als een soort relict van de vroegere hete fase.  Vandaag bedraagt de energiedichtheid van die straling 4 10^(-14) Joule per kubieke meter, dus een duizendtal keer minder dan de energiedichtheid van de materie.  Maar hier geldt dat de energiedichtheid in de tijd niet evenredig afneemt met het volume (volgens 1/r^3 dus), maar volgens de vierde macht van de afmeting!  Het aantal fotonen (lichtdeeltjes) neemt af met het volume, maar de energie van elk foton neemt ook nog eens af met de schaalfactor van het heelal, het licht wordt roder en roder.  In het verleden (toen de afstanden in het heelal een 1000-tal maal kleiner waren) waren beide energiedichtheden dus ongeveer even groot, en vroeger nog was de straling dominant.

Nu vraag je je uiteraard af hoe die afname van de energiedichtheid van de straling sneller dan met het volume verenigbaar is met behoud van energie.  Het antwoord is dat de straling ook druk levert, en dus arbeid als het volume toeneemt (PdV, je weet wel).  Met die arbeid erbij wordt energiebehoud inderdaad netjes gerespecteerd.  Maar om dan te besluiten dat de straling de expansie veroorzaakt, zou een brug te ver zijn; het is gewoon zo dat energiebehoud een fundamentele wet van de natuur is.

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

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

Beantwoord door

Prof. Christoffel Waelkens

Sterrenkunde

Katholieke Universiteit Leuven
Oude Markt 13 3000 Leuven
https://www.kuleuven.be/

Zoek andere vragen

© 2008-2024
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door EOS vzw