ビッグバンのエネルギーはどれほど大きかったのでしょうか?信じられない真実を推測する

友人から、この質問に答えるように言われました。ビッグバンから 10^-43 秒後の宇宙の温度は 10^32K でしたが、これはエネルギーで言うと何 EV でしょうか?

この質問は非常に深遠に思えますが、間違いが含まれています。エネルギーは温度とは何の関係もなく、アインシュタインの質量エネルギー方程式に従うと、質量とのみ関係があります。エネルギーの単位はジュールであり、J で表されます。 ev は電子ボルトの記号であり、エネルギー単位ジュールとの変換関係があり、1J = 6.2415 * 10^18eV です。

この問題を解く過程で、ビッグバン宇宙モデルに基づいて宇宙の質量を推測したところ、私の認識を完全に覆す驚くべき結果が得られました。私はビッグバン宇宙論から導き出されたデータを常に固く信じてきましたが、今は混乱しています。

プランク時のビッグバンの標準モデルの説明/現在科学界で認められているビッグバン宇宙の標準モデルでは、宇宙は約138億年前に、無限に小さい体積、無限の密度、無限の曲率、無限に高い温度を持つ特異点の爆発から誕生したと考えられています。この特異点の体積は無限に小さいため、その温度と密度は計算できず、4 つの無限大が導き出されます。

現代物理学の量子論によれば、人類はプランク時間からしか宇宙を理解できない。宇宙の標準モデルでは、ビッグバンのプランク時点では、宇宙の大きさはプランクスケール、そのときの温度はプランク温度、密度もプランク密度であったとされています。これらのデータにより、宇宙の質量を大まかに計算することができます。

ビッグバンのプランク時間は、ビッグバン後約 10^-43 秒、つまり 1 兆分の 1 秒を指します。宇宙の温度は10^32度K、つまり約100兆兆Kに達します。現時点での宇宙の密度は 1 立方センチメートルあたり 10^91 キログラムを超える可能性があります。

モデルはこれらのデータセットを提供します。時間と温度は質量とは何の関係もないので、これらのデータに基づいて宇宙の質量を計算することは不可能です。しかし、この時の宇宙の体積がプランクスケールであれば、宇宙の体積、ひいては宇宙の質量を計算することができます。

プランク時間における宇宙の質量とエネルギー／量子力学の創始者マックス・プランクの理論によれば、プランク長さは約1.6×10^-33cmである。プランク時間の宇宙がプランク長さの直径を持つ球体である場合、球体の体積の公式 V=(4/3)*π*R^3 (V: 球体の体積、R: 球体の半径) に従って、この時の宇宙の体積は約 2.145^-99 立方センチメートルであると計算できます。

標準的な宇宙論モデルによれば、プランク時間宇宙の密度は 1 立方センチメートルあたり約 10^91 キログラムです。この密度は陽子密度より 78 桁も高く、想像を絶するほどです。しかし問題は、当時の宇宙が極めて小さく、驚くほど小さく、1立方センチメートルの2.145^99分の1、つまり2145兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆分の1だったことです。

1 立方センチメートルあたり 10^91 キログラムで計算すると、このような小さな宇宙はわずか 2.145*10^-8 キログラム、つまり 0.00000002145 キログラム、または 21.45 マイクログラムになります。アインシュタインの質量エネルギー変換式 E=MC^2 によれば、等価エネルギーは 1930500000J となり、1 ジュールはおよそ 6.25*10^18eV に等しくなります。したがって、プランク時間における宇宙のエネルギーは約 1.2*10^28eV です。

このエネルギーはどれくらい大きいのでしょうか?爆薬ベースで計算すると、TNT火薬461キログラムの爆発力にしか相当しない。ビッグバンの時にどれだけのエネルギーがあったか計算したことがなかったので、とても驚きました。 10^91kg/cm3という密度は想像を絶する密度なので、爆発エネルギーは非常に大きいと直感的に思いました。

しかし、私はそれについて注意深く考えませんでした。これは宇宙の密度が 1 立方センチメートルに達したときであり、ビッグバン プランクの時間スケールはわずか 1.145*10^-99 立方センチメートルです。このときの密度が 1 立方センチメートルあたり 10^91 キログラムだとすると、このような小さな宇宙の質量はわずか 21.45 マイクログラムになります。

すると、品質の源は何か、何が起こっているのかという疑問が生じます。ビッグバンの簡単な歴史によれば、プランクの時点ではこの質量しかありませんでした。標準モデル理論に従って結果が導き出された場合は、このようになりますか?私の計算が間違っていたのでしょうか、それともこの理論の導出自体に何か問題があるのでしょうか?

宇宙の質量は現在非常に大きな値であるため、太陽系の質量は約 2*10^30 キログラム、天の川銀河の質量は太陽の約 2000 億倍、つまり約 4*10^41 キログラムです。観測可能な宇宙の質量は10^53キログラムに達したと信じている人もいます。これは、星、銀河、星雲の塵などを含む、目に見える物質の質量のみです。

研究によると、宇宙の可視物質の質量は宇宙の総質量エネルギーのわずか 4.9% を占め、残りの 26.8% は目に見えない暗黒物質、68.3% は目に見えない暗黒エネルギーです。暗黒物質と暗黒エネルギーを足し合わせると、観測可能な宇宙の総質量エネルギーは 2*10^54 キログラムに達する可能性があります。

ビッグバンの始まりの質量と現在の質量の間になぜこれほど大きな差があるのでしょうか?この余分な質量はどこから来るのでしょうか?説明は2つしかありません。1つはビッグバン理論モデルによって計算されたデータが間違っているというものです。もう1つは、ビッグバンにより宇宙が膨張するにつれて質量が自動的に生成されるというものです。

しかし、これは質量保存の法則と質量およびエネルギー保存の法則の両方に矛盾しているように思われます。それは宇宙のせいなのか、宇宙モデルのせいなのか、それとも私自身の推論のせいなのか?量子力学の理論によれば、宇宙が誕生する前、空の真空は量子エネルギーで満たされており、ランダムな量子ゆらぎの中で仮想粒子対が絶えず生成されていたとされています。これらの粒子と反粒子の対はいつでも生成され、消滅する可能性があります。

一般的に、宇宙は対称的で保存されていますが、すべてが常に完全に対称的で保存されていたら、私たちの世界は生まれなかったでしょう。楊振寧と李正道が発見したパリティ非保存の法則により、科学界は宇宙誕生の謎を解明することができました。保存則の対称性の破れにより、消滅した仮想粒子対が特定の非消滅現象を示し、宇宙特異点の出現につながります。

ビッグバン理論によれば、宇宙は何も無いところから創造され、質量も何も無いところから自然に生まれたとされています。

素粒子物理学者は、宇宙の基本粒子を理解するための枠組みを提供する粒子理論モデルを確立しました。この枠組みはいわゆる標準モデルであり、その主要な構成要素の 1 つがヒッグス場です。この遍在する量子場には、いわゆるヒッグス粒子、つまり神の粒子としても知られる基本粒子が含まれています。

この粒子が他の粒子に質量を与え、神話の神がすべてのものを創造したのと同じように世界を創造します。粒子理論モデルはもはや推測ではありません。予測された粒子は基本的に実験ですべて得られており、2012年には世界最大のハドロン衝突型加速器で神の粒子も発見されました。

では、上記の理論はビッグバンのプランク時間の質量と現在の宇宙の質量の不一致の謎を説明できるのでしょうか？議論へようこそ。読んでいただきありがとうございます。

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