Вселенная с нулевой энергией
Гипотеза Вселенной с нулевой энергией предполагает, что общее количество энергии во Вселенной равно нулю : количество положительной энергии в форме материи в точности компенсируется отрицательной энергией в форме гравитации . [1] Некоторые физики, такие как Лоуренс Краусс , Стивен Хокинг или Александр Виленкин , называют или называют это состояние «Вселенная из небытия», хотя модель Вселенной с нулевой энергией требует для существования как поля материи с положительной энергией, так и гравитационного поля с отрицательной энергией. . [2] Гипотеза широко обсуждается в популярных источниках. [3] [4] [5] Другие примеры отмены включают ожидаемое симметричное преобладание право- и левосторонних угловых моментов объектов («спин» в здравом смысле), наблюдаемую плоскостность Вселенной , равное преобладание положительных и отрицательных зарядов, противоположный спин частиц в квантовой теории. механика, а также гребни и впадины электромагнитных волн, среди других возможных примеров в природе.
История
[ редактировать ]Во время Второй мировой войны Паскуаль Джордан впервые предположил, что, поскольку положительная энергия массы звезды и отрицательная энергия ее гравитационного поля вместе могут иметь нулевую общую энергию, сохранение энергии не помешает созданию звезды в результате квантового перехода вакуума. . Георгий Гамов рассказал, как поделился этой идеей с Альбертом Эйнштейном : «Эйнштейн остановился как вкопанный, и, поскольку мы переходили улицу, нескольким машинам пришлось остановиться, чтобы нас не сбить». [6] Разработка концепции шла медленно: первый заметный расчет был выполнен Ричардом Фейнманом в 1962 году. [7] Первая известная публикация на эту тему была в 1973 году, когда Эдвард Трайон предположил в журнале Nature , что Вселенная возникла в результате крупномасштабных квантовых флуктуаций энергии вакуума , в результате чего ее положительная масса-энергия точно уравновешивается ее отрицательной гравитационной потенциальной энергией. . [4] В последующие десятилетия развитие концепции постоянно затруднялось зависимостью расчетных масс от выбора систем координат. В частности, проблема возникает из-за энергии, связанной с системами координат, вращающимися со всей Вселенной. [7] Первое ограничение было получено в 1987 году, когда Алан Гут опубликовал доказательство отрицательности гравитационной энергии. [8] Вопрос о механизме, позволяющем генерировать как положительную, так и отрицательную энергию из нулевого начального решения, не был понятен, и специальное решение с циклическим временем. было предложено Стивеном Хокингом в 1988 году [9] [10]
В 1994 году развитие теории возобновилось. [11] после публикации работы Натана Розена , [12] в котором Розен описал особый случай закрытой вселенной. В 1995 году Дж. В. Джохри продемонстрировал, что полная энергия вселенной Розена равна нулю в любой вселенной, соответствующей метрике Фридмана-Леметра-Робертсона-Уокера , и предложил механизм генерации материи, обусловленной инфляцией, в молодой Вселенной. [13] Решение с нулевой энергией для пространства Минковского, представляющего наблюдаемую Вселенную, было представлено в 2009 году. [7]
В своей книге « Краткие ответы на большие вопросы » Хокинг объясняет:
Законы физики требуют существования так называемой « отрицательной энергии ».
Чтобы помочь вам разобраться в этой странной, но важной концепции, позвольте мне провести простую аналогию. Представьте себе, человек хочет построить холм на ровном участке земли. Холм будет представлять вселенную. Чтобы построить этот холм, он выкапывает яму в земле и использует эту почву, чтобы выкопать свой холм. Но, конечно, он не просто создает холм — он также делает яму, по сути, отрицательную версию холма. То, что было в яме, теперь превратилось в холм, так что все прекрасно уравновешивается. Это принцип, лежащий в основе того, что произошло в начале Вселенной. Когда Большой Взрыв произвел огромное количество положительной энергии, он одновременно произвел такое же количество отрицательной энергии. Таким образом, сумма положительных и отрицательных всегда равна нулю. Это еще один закон природы. Так где же сегодня вся эта негативная энергия? Он входит в третий ингредиент нашей космической кулинарной книги: он находится в космосе. Это может показаться странным, но в соответствии с законами природы, касающимися гравитации и движения — законами, которые являются одними из старейших в мире. наука — космос сам по себе является огромным хранилищем негативной энергии. Достаточно, чтобы убедиться, что все в сумме дает ноль. [14]
Экспериментальные ограничения
[ редактировать ]Экспериментальное доказательство того, что наблюдаемая Вселенная является «вселенной с нулевой энергией», в настоящее время неубедительно. Гравитационная энергия видимой материи составляет 26–37% наблюдаемой общей плотности массы-энергии. [15] Следовательно, чтобы соответствовать концепции «вселенной с нулевой энергией» наблюдаемой Вселенной, необходимы другие резервуары отрицательной энергии, помимо гравитации, из барионной материи. Часто предполагается, что эти резервуары представляют собой темную материю . [16]
См. также
[ редактировать ]- Вселенная из ничего
- Ложный вакуум
- Список парадоксов космологии - Список утверждений, которые противоречат сами себе.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Лекция Лоуренса Краусса «Вселенная из ничего» в AAI» . Ютуб . 2009. Архивировано из оригинала 15 декабря 2021 г. Проверено 17 октября 2011 г.
- ^ Ишам, Кристофер (14 июля 1994 г.). Квантовая космология и происхождение Вселенной (Речь). Лекция, представленная на конференции «Космос и Творение» . Кембриджский университет.
- ^ Лоуренс М. Краусс (2012). Вселенная из ничего: почему существует нечто, а не ничто . Саймон и Шустер. стр. 150-151 . ISBN 978-1-4516-2445-8 .
- ^ Перейти обратно: а б Эдвард П. Трайон , «Является ли Вселенная флуктуацией вакуума?», Nature , vol. 246, с. 396–397, 1973.
- ^ Лаборатория Беркли, Smoot Group - http://aether.lbl.gov - Инфляция для начинающих, архив ДЖОНА ГРИББИНА, 2014 г.
- ^ За пределами Эйнштейна: космические поиски теории Вселенной - Мичио Каку, Дженнифер Трейнер Томпсон - Oxford University Press, 1997 - стр. 189
- ^ Перейти обратно: а б с Берман, Марсело Самуэль (2009). «О Вселенной с нулевой энергией». Международный журнал теоретической физики . 48 (11): 3278–3286. arXiv : gr-qc/0605063 . Бибкод : 2009IJTP...48.3278B . дои : 10.1007/s10773-009-0125-8 . S2CID 119482227 .
- ^ Алан Гут , в своей книге «Инфляционная Вселенная » ( ISBN 0-224-04448-6 ) Приложение А.
- ^ Стивен Хокинг, Краткая история времени , с. 129.
- ^ «Мы могли бы решить, что никакой сингулярности не было. Дело в том, что сырье на самом деле не обязательно откуда-то брать. Когда у вас есть сильные гравитационные поля, они могут создавать материю. на самом деле любые величины во Вселенной постоянны во времени. Количество материи не является постоянным, потому что материя может быть создана или уничтожена. Но мы могли бы сказать, что энергия Вселенной будет постоянной, потому что, когда вы создаете материю, вам нужно. использовать энергию. И в каком-то смысле энергия Вселенной постоянна; это константа, значение которой равно нулю. Положительная энергия материи точно уравновешивается отрицательной энергией гравитационного поля. Итак, Вселенная может начать с этого. нулевой энергии и при этом создавать материю. Очевидно, Вселенная возникла в определенное время. Теперь вы можете спросить: что же порождает Вселенную? На самом деле у Вселенной не должно быть никакого начала. Это могут быть пространство и время. вместе они подобны поверхности Земли, но с еще двумя измерениями, причем градусы широты играют роль времени». – Стивен Хокинг, «Если у Вселенной есть край, то должен быть Бог» (интервью), в книге Рене Вебер, Диалоги с учеными и мудрецами: В поисках единства , 1986. (Также частично перепечатано в «Бог как край Вселенной», в The Scientist , Том 1, № 7, 23 февраля 1987, стр. 15.)
- ^ Сюлу, СС (2000). «Полная энергия вселенных Бьянки типа I». Межд. Дж. Теория. Физ . 39 (4): 1153–1161. arXiv : gr-qc/9910015 . Бибкод : 2000IJTP...39.1153X . дои : 10.1023/А:1003670928681 . S2CID 15413640 .
- ^ Розен, Натан (март 1994 г.). «Энергия Вселенной». Общая теория относительности и гравитация . 26 (3): 319–321. Бибкод : 1994GReGr..26..319R . дои : 10.1007/BF02108013 . S2CID 121139141 .
- ^ Джохри, В.Б.; Каллигас, Д.; Сингх, врач общей практики; Эверитт, CWF (март 1995 г.). «Гравитационная энергия в расширяющейся Вселенной». Общая теория относительности и гравитация . 27 (3): 313–318. Бибкод : 1995GReGr..27..313J . дои : 10.1007/BF02109127 . S2CID 120110466 .
- ^ Хокинг, Стивен (2018). Краткие ответы на большие вопросы . Нью-Йорк: Bantam Books. п. 32. ISBN 978-1-9848-1919-2 .
- ^ Шанкар, Картик Х. (2020). «Вечно колеблющаяся вселенная с нулевой энергией». Общая теория относительности и гравитация . 52 (2): 23. arXiv : 1807.10381 . Бибкод : 2020GReGr..52...23S . дои : 10.1007/s10714-020-02671-5 . S2CID 119208193 .
- ^ Поплавский, Никодем Ю. (2014). «Энергия и импульс Вселенной». Классическая и квантовая гравитация . 31 (6): 065005. arXiv : 1305.6977 . Бибкод : 2014CQGra..31f5005P . дои : 10.1088/0264-9381/31/6/065005 . S2CID 118593046 .
