Araştırmacılar, termodinamiği kozmolojiyle ilişkilendirerek evrenin genişlemesini incelemek için Grüneisen parametresini kullandılar. Bulgular, evrenin sürekli soğumasının adyabatik genişlemesiyle ilişkili olduğunu ve kozmolojik sabitin potansiyel değişkenliğinin geleneksel modellere meydan okuduğunu gösteriyor. Kredi bilgileri: SciTechDaily.com
Yayınlanan bir makaleye göre, yavaşlayan bir genişleme rejiminden (radyasyon ve maddenin hakim olduğu dönemde) hızlanan bir genişleme rejimine (karanlık enerjinin hakim olduğu dönemde) geçiş, termodinamik bir faz geçişine benzemektedir. Fizikteki Sonuçlar São Paulo Eyalet Üniversitesi’ne bağlı bilim adamları tarafından.
Evrenin genişlediği fikri neredeyse bir asır öncesine dayanıyor. İlk kez 1927’de Belçikalı kozmolog Georges Lemaître (1894-1966) tarafından ortaya atıldı ve iki yıl sonra Amerikalı gökbilimci Edwin Hubble (1889-1953) tarafından gözlemsel olarak doğrulandı. Hubble, gök cisimlerinden alınan ışığın elektromanyetik spektrumundaki kırmızıya kaymanın, bunların Dünya’ya olan uzaklığıyla doğru orantılı olduğunu gözlemledi; bu, Dünya’dan daha uzaktaki cisimlerin daha hızlı uzaklaştığı ve evrenin genişlediği anlamına geliyordu.
Hızlandırılmış Genişlemenin Keşfi
1998 yılında Süpernova Kozmoloji Projesi ve High-Z Süpernova Araştırma Ekibi tarafından çok uzaktaki süpernovalara ilişkin gözlemler, Evren’in çekim kuvvetleri tarafından yavaşlatılmak yerine genişledikçe hızlandığını gösterdiğinde modele şaşırtıcı yeni bir bileşen eklendi. sanılmıştı. Bu keşif, şu anda gözlemlenebilir Evrendeki tüm enerjinin %68’inden fazlasını oluşturduğu düşünülen karanlık enerji kavramına yol açtı; karanlık madde ve sıradan madde ise sırasıyla yaklaşık %27 ve %5’ini oluşturuyor.
Evren çağlarının temsilleri – (a) radyasyon, (b) madde, (c) karanlık enerji – ω = Γeff durum denkleminin ilgili değerleriyle birlikte; burada Γeff, etkili Grüneisen parametresidir. Karanlık enerji baskın hale geldikçe, Γeff işaret değiştirir ve yoğun madde fiziğindeki bir faz geçişini taklit eder. Kredi: Fizikteki Sonuçlar
Termodinamiğin Kozmolojide Uygulaması
“Kırmızıya kayma ölçümleri, hızlanan genişlemenin adyabatik olduğunu gösteriyor [without heat transfer] ve anizotropik [varying in magnitude when measured in different directions]Brezilya’nın Rio Claro kentindeki São Paulo Devlet Üniversitesi (UNESP) Fizik Bölümü’nde profesör olan Mariano de Souza, “dedi. “Termodinamiğin temel kavramları, barokalorik etkiden dolayı adyabatik genleşmeye her zaman soğumanın eşlik ettiği sonucunu çıkarmamızı sağlar. [pressure-induced thermal change]Grüneisen oranıyla ölçülen [Γ, gamma].”
1908’de Alman fizikçi Eduard August Grüneisen (1877-1949) bunun için matematiksel bir ifade önerdi. Γetkili, etkili Grüneisen parametresi, jeofizikte sıklıkla malzemenin termoelastik davranışını tanımlayan denklemlerde ortaya çıkan önemli bir niceliktir. Üç fiziksel özelliği birleştirir: genleşme katsayısı, özgül ısı ve izotermal sıkıştırılabilirlik. Neredeyse bir asır sonra, 2003’te Lijun Zhu ve işbirlikçileri gösterdi Grüneisen parametresinin, termal genleşmenin özgül ısıya oranı olarak tanımlanan Grüneisen oranı adı verilen belirli bir kısmının, entropi birikimi nedeniyle kuantum kritik noktası yakınında önemli ölçüde arttığı. 2010 yılında Souza ve iki Alman işbirlikçisi gösterdi aynı şeyin sonlu sıcaklıktaki kritik bir noktanın yakınında gerçekleştiğini.
Grüneisen Parametresini Kullanan Son Araştırmalar
Şimdi Souza ve UNESP’deki araştırmacı arkadaşları, bir makalede Evrenin genişlemesinin karmaşık yönlerini açıklamak için Grüneisen parametresini kullandılar. yayınlanan dergide Fizikteki Sonuçlarşu anda Souza’nın danışmanlığında doktora sonrası araştırmacı olarak görev yapan ilk yazar Lucas Squillante’nin doktora araştırmasının bir bölümünü sunuyor.
“Evrenin genişlemesiyle ilgili dinamikler genellikle durum denklemi şu şekilde olan mükemmel bir akışkan olarak modellenir: ω = p/ρNeresi ω [omega] durum parametresinin denklemidir, P basınçtır ve ρ [rho] enerji yoğunluğudur. Rağmen ω yaygın olarak kullanılmasına rağmen fiziksel anlamı henüz yeterince tartışılmamıştır. Evrenin her dönemi için yalnızca bir sabit olarak ele alındı. Araştırmamızın önemli sonuçlarından biri de Mie-Grüneisen durum denklemi aracılığıyla ω’nin etkili Grüneisen parametresi ile tanımlanmasıdır.” dedi Souza. Mie-Grüneisen hal denklemi basınç, hacim ve sıcaklıkla ilgilidir ve genellikle şokla sıkıştırılmış bir katıdaki basıncı belirlemek için kullanılır.
Termodinamik ve Evrenin Anizotropik Genişlemesi
Yazarlar, Grüneisen parametresini kullanarak, Evrenin sürekli soğumasının, basınç ve sıcaklığı ilişkilendiren ve Evrenin adyabatik genişlemesi nedeniyle ortaya çıkan barokalorik bir etkiyle ilişkili olduğunu göstermektedir. Bu temelde, karanlık enerjinin hakim olduğu çağda (mevcut evren çağı) Grüneisen parametresinin zamana bağlı olduğunu öne sürüyorlar.
Bu araştırmanın ilginç yönlerinden biri, Evrenin anizotropik genişlemesini tanımlamak için termodinamik ve stres ve gerinim gibi katı hal fiziği kavramlarını kullanmasıdır. “Grüneisen parametresinin, Einstein’ın ünlü alan denklemlerindeki enerji-momentum gerilim tensöründe doğal olarak yer aldığını gösteriyoruz ve evrenin genişlemesiyle ilişkili anizotropik etkileri araştırmak için yeni bir yol açıyoruz. Bunlar Büyük Yırtılma olasılığını dışlamıyor” dedi Souza.
Büyük Yırtılma hipotezi, ilk olarak 2003 yılında yayınlanan bir makalede ortaya atılmıştır. Fiziksel İnceleme Mektuplarıkaranlık enerji miktarının Evren’in kritik bir hızın ötesinde genişlemesini hızlandırmaya yeterli olması durumunda, bunun uzay-zamanın “kumaşını” yırtabileceğini ve Evreni parçalayabileceğini öne sürüyor.
Karanlık Enerji ve Teorik Çıkarımlar
“Ayrıca Grüneisen parametresi perspektifinden bakıldığında, yavaşlayan genişleme rejiminden geçişin gerçekleşeceğini tahmin ediyoruz. [in the radiation and matter-dominated eras] hızlanan bir genişleme rejimine [in the dark energy-dominated era] termodinamik faz geçişine benzer. Bunun nedeni ise Γetkili Genişleme yavaşlamadan hızlanmaya değiştiğinde işaret değiştirir. Souza, işaret değişikliğinin yoğun madde fiziğindeki tipik faz geçişlerine benzediğini söyledi.
Karanlık enerji genellikle kozmolojik sabitle ilişkilendirilir Λ [lambda]İlk olarak 1917’de Einstein tarafından Evreni statik dengede tutmak için gereken itici bir kuvvet olarak tanıtıldı. Bazı rivayetlere göre Einstein daha sonra bu kavramı reddetti. Evrenin genişlemesinin yavaşlamak yerine hızlandığı tespit edildiğinde rehabilite edildi. Λ-CMD (Lambda-Soğuk Karanlık Madde) olarak bilinen hegemonik model, kozmolojik sabite sabit bir değer verir. Yani, Evren genişledikçe karanlık enerjinin yoğunluğunun sabit kalacağını varsayar. Ancak diğer modeller karanlık enerjinin yoğunluğunun ve dolayısıyla Λzamanla değişir.
“Lambda’ya sabit bir değer atamak aynı zamanda omega’ya da sabit bir değer atamak anlamına gelir, ancak ω Etkin Grüneisen parametresi, zamana bağlılığı anlamamızı sağlar. ω Karanlık enerjinin hakim olduğu dönemde Evren genişledikçe. Bu doğrudan zamana bağlılığı gerektirir. Λ, ya da evrensel çekim sabiti,” dedi Souza.
Çalışma, evrenin genişlemesinin termodinamik ve yoğun madde fiziği açısından yeni bir yorumuna ışık tuttuğu ölçüde önemli gelişmelere yol açabilir.
Referans: Lucas Squillante, Gabriel O. Gomes, Isys F. Mello, Guilherme Nogueira, Antonio C. Seridonio, Roberto E. Lagos-Monaco ve Mariano de Souza tarafından yazılan “Grüneisen parametresini kullanarak evrenin genişlemesini keşfetmek”, 17 Ocak 2024 , Fizikteki Sonuçlar.
DOI: 10.1016/j.rinp.2024.107344
Souza ve Squillante’nin yanı sıra makalenin diğer ortak yazarları Antonio Seridonio (UNESP Ilha Solteira), Roberto Lagos-Monaco (UNESP Rio Claro), Gabriel Gomes (Astronomi, Jeofizik ve Atmosfer Bilimleri Enstitüsü, São Paulo Üniversitesi, IAG) -USP), Guilherme Nogueira (UNESP Rio Claro) ve doktora adayı Isys Mello, Souza danışmanlığında.
Çalışma FAPESP tarafından iki proje (11/22050-4 ve 18/09413-0) aracılığıyla desteklenmiştir.