Qual a relação entre universo em expansão e energia e matéria?

Primeiramente preciso esclarecer que energia e matéria são conceitos de categorias diferentes. Enquanto matéria é um dos constituintes substanciais do Universo, ao lado dos campos e da radiação, energia é um atributo desses constituintes, ao lado de massa, carga, spin, movimento e outros. Entre massa e energia existe uma ligação, expressa pela relação de Einstein E=mc², de modo que, convertida uma na outra, o conteúdo total de massa e energia do Universo é constante no tempo, mesmo com a expansão. Por outro lado, também há possibilidade de conversão entre matéria, campo e radiação, o que ocorre na produção e aniquilação de pares de matéria e antimatéria. Em todos esses eventos, há conservação de massa-energia, carga, spin e quantidade de movimento linear e angular. O que não existe é equivalência entre matéria e energia, campo e carga, radiação e energia ou qualquer desses pares em que o primeiro elemento seja uma entidade e o segundo um atributo. Nem tampouco existe "energia pura", pois energia é algo que alguma coisa possui ou não. Não se pode converter matéria em energia e sim matéria em radiação, por exemplo. O que pode haver é conversão de massa em energia e vice versa. Há atributos que não possuem a propriedade de se manterem constantes, como o volume, a densidade, a temperatura, a entropia e outros. Força, impulso, trabalho e calor não são atributos de entidades físicas, mas de interações entre as entidades. Todos esses atributos são associados a grandezas, que medem o seu valor quantitativo. O nome da grandeza, geralmente, é o mesmo do atributo.

A expansão do Universo consiste num "inchamento" do espaço, sem que o conteúdo que o preenche se mova. Isto faz com que fiquem mais distantes, sem se afastarem, pois suas posições não mudaram, o que mudou foi o tamanho do espaço entre elas. Isto é importante entender. A expansão cósmica é uma expansão do espaço e não um afastamento dos elementos que o preenchem. Por isso é que a velocidade da expansão pode ser maior do que a da luz, já que não há nenhum conteúdo possuidor de massa ou energia se movendo. Mas a variação da separação entre os elementos do Universo promove uma mudança na energia potencial que eles possuem em virtude da interação gravitacional entre eles. A expansão do Universo promove o aumento da energia potencial gravitacional total do Universo. Como a energia total é conservada, há que se ter uma redução da energia cinética total, o que significa diminuição da temperatura, já que esta é a densidade de energia cinética. Esta densidade também diminui para a radiação, apesar da energia cinética desta não depender da velocidade e sim da frequência. A consequência é a redução da frequência da radiação ou, equivalentemente, o aumento do comprimento de onda. Hoje a radiação que permeia o Universo está na frequência das microondas, mas no desacoplamento, quando surgiu, estava na faixa da luz visível.

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