Глава 10. О количестве энергии во Вселенной
Согласно Большой Советской Энциклопедии, «весь окружающий нас мир представляет собой движущуюся материю».
Обратите внимание: «движущуюся», а не застывшую!
По определению, движение есть форма существования материи. Иными словами, есть движение – есть материя, есть Вселенная. Нет движения – нет материи, нет Вселенной.
А мера движения – это энергия.
Энергия присутствует в любой материальной системе. Иначе просто никакой системы не было бы. Она присутствует, безусловно, и во Вселенной.
Согласно Закону сохранения количество энергии в изолированной системе неизменно, то есть представляет собой некую константу. В каждой изолированной системе эта константа имеет какое-то определенное значение. Но нас интересует не любая изолированная система, а одна конкретная – Вселенная.
И, коль скоро, согласно Закону сохранения, количество энергии во Вселенной представляет собой постоянную и неизменную величину, мы вправе ожидать, что ученые назовут нам эту величину.
Но не тут-то было. Они не спешат этого делать. И вообще предпочитают обходить вопрос стороной, отделываясь невнятными комментариями.
Столетием назад закрыть этот неудобный вопрос было проще. В те времена еще господствовало представление о стационарной Вселенной, вечной и бесконечной. «А значит, и количество энергии в ней бесконечно», – отвечали тогда навязчивым интересующимся. Впрочем, ясности это и тогда не добавляло. Что это за «константа», если она не имеет конкретного значения?
Стационарная модель Вселенной давно отправлена на свалку истории. Современная наука убедительно отвергла представление о бесконечности Вселенной. Да, Вселенная велика. Возможно даже она больше, чем мы думаем. Но она не бесконечна. А значит, энергия Вселенной имеет конечное, вполне определенное значение.
Каково это значение?
Поскольку ученые молчат, давайте попытаемся на него ответить сами.
Начнем с шутливой задачки, на которой прокалываются даже серьезные физики.
Представьте себе, что хулиганы привязали к хвосту кошки консервные банки. Известно, что таким образом экипированная кошка производит бешеный шум, который пугает, прежде всего, её саму. От чего она бежит ещё быстрее. Но чем быстрее она бежит – тем больший шум производит.
Вопрос: с какой скоростью должна бежать кошка, чтобы не слышать этого шума?
На ум сразу приходит сверхзвуковая скорость – если разогнать кошку до такой скорости, она не будет слышать производимого ею шума, потому что он будет запаздывать, распространяясь с меньшей скоростью.
А ведь есть и другое, более простое и естественное решение этой задачи.
Чтобы не слышать шума кошка… не должна бежать! Или, если угодно, ее скорость должна быть равна нулю.
Эта шутка – прямая аналогия нашей проблемы.
Когда говорят о том, что количество энергии в изолированной системе есть величина постоянная, это не обязательно означает, что такой системе присуще какое-то определённое количество энергии. Это количество может иметь и нулевое значение. Закону сохранения энергии такое решение не противоречит. Закон ведь требует только неизменности количества энергии, но не утверждает, что это количество должно быть обязательно ненулевым.
Не противоречит ли такой вывод реальности? Ведь система с нулевой энергией, как уже говорилось выше – это мертвая система, не способная совершать работу. А Вселенная живет и находится в движении. Может ли при этом ее совокупная энергия быть нулевой?
Этот парадоксальный вывод подтверждается научными данными.
В 1747 г. американский физик Бенджамин Франклин, тот самый, чей портрет красуется на стодолларовой купюре, открыл еще один закон сохранения – закон сохранения электрического заряда. Закон постулирует точное равенство скалярных величин положительного и отрицательного элементарных зарядов. Звучит это так: «Алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему20, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе». В 1843 закон сохранения электрического заряда был экспериментально подтвержден Майклом Фарадеем.
Оказалось, что разноименные заряды (заряженные частицы) появляются и исчезают парами: положительные и отрицательные. Каково бы ни было их количество, в сумме они дают ноль.
Макроскопические (то есть большие) тела, как правило, электрически нейтральны. В них в равных количествах содержатся как положительные, так и отрицательные заряды. Если говорить о Вселенной, то, как считают ученые, её полный электрический заряд равен нулю. Количество положительных зарядов во Вселенной равно количеству отрицательных.
Это касается не только электрических явлений, но и механических. Открытый Уоллисом закон сохранения количества движения также допускает нулевое значение общего (суммарного) количества движения в изолированной системе. Силы взаимодействия тел, составляющих систему, должны быть взаимно уравновешены, в соответствии с третьим законом Ньютона: «действие равно противодействию».
И в Законе сохранения количества движения, и в Законе сохранения заряда константы равны нулю.
Почему с Законом сохранения энергии, частными случаями которого являются законы Франклина и Уоллиса, дело должно обстоять иначе?
Несложно представить себе систему, состоящую из многих взаимодействующих (движущихся в разных направлениях) тел, даже такую большую, как Вселенная, в которой моменты взаимодействующих между собой тел взаимно погашаются и их результирующая сумма равна нулю.
Эти соображения позволяют предположить, что, хотя в отдельно взятой части системы количество энергии может достигать весьма значительных величин, скалярная сумма всей энергии в изолированной системе равна нулю.
Похоже, это единственное удовлетворительное решение для величины энергетической константы Вселенной.
Выходит, дело обстоит следующим образом:
– когда не было Вселенной – энергия была равна нулю;
– когда появилась Вселенная, в ней возникли взаимно уравновешивающие друг друга силы и разнонаправленные движения. Но их результирующая сумма продолжает оставаться нулевой;
– когда, исчерпав свою энергию и способность к движению, материя исчезнет – ее совокупная энергия по-прежнему, в соответствии с Законом сохранения, будет равна нулю.
С точки зрения Закона сохранения энергии нет никакой разницы между существованием или несуществованием Вселенной: Закон не нарушается как в том, так и в другом случае.
Иными словами, Закон сохранения энергии не подтверждает убеждение материалистов насчет вечности и неуничтожимости материи.
Совсем наоборот, из этого закона следует, что Вселенная не вечна, что у нее было начало и будет конец.
Но вернемся к генеральной линии нашего рассуждения. Нам осталось познакомиться со Вторым началом термодинамики.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Источник
Суммарная нулевая энергия Вселенной
Теория современной физики показывает, что наша удивительная Вселенная имеет нулевую энергию.
Теория Большого взрыва при создании Вселенной предполагает что материя, антиматерия и фотоны производились силой ложного вакуума, которая высвобождалась после фазового перехода.
Известно, что все частицы состоят из положительной энергии. Она, точно уравновешивается отрицательной гравитационной силой всего остального.
Другими словами нулевая энергия Вселенной доказуема и равна нулю!
Первооснова всего сущего
Примечательно, что Вселенная состоит, по сути, из ничего, кроме (к счастью для нас) положительной и отрицательной частей.
Можно легко видеть, что гравитация связана с отрицательной свободной энергией: если уронить шар из состояния покоя (определяемого как состояние нулевой энергии), он получает движение (кинетическую) при падении. Но эта сила точно уравновешивается большей отрицательной гравитационной силой по мере приближения к центру Земли, поэтому сумма двух энергий остается нулевой.
Идея Вселенной с нулевой энергией или нулевая энергия Вселенной вместе с теорией расширения предполагает, что все, что нужно, – это всего лишь крошечный толчок, чтобы начать свое развитие (то есть крошечный объем в котором может начаться расширение). Затем всё поддалось закону расширения Вселенной, но без создания чистой энергии.
Что производило энергию до Большого взрыва? Это, пожалуй, главный вопрос.
Как бы безумно это ни казалось, всё не могло возникнуть из ничего! Значение слова “ничего” здесь несколько неоднозначно.
Это может быть вакуум в некотором ранее существовавшем пространстве и времени, или это может быть вообще ничего – то есть все понятия пространства и времени были созданы самой Вселенной.
Квантовая теория возникновения
Квантовая теория, и в частности принцип неопределенности Гейзенберга, дают естественное объяснение тому, как эта сила могла возникнуть из ничего. По всей Вселенной частицы и античастицы спонтанно формируются и быстро аннигилируют друг друга, не нарушая закон сохранения энергии. Эти спонтанные рождения и смерти так называемых пар виртуальных частиц известных как ” квантовые флуктуации”. Действительно, лабораторные эксперименты доказали, что квантовые флуктуации происходят везде и всегда. Виртуальные пары частиц (например, электроны и позитроны) непосредственно влияют на энергетические уровни атомов, и предсказанные энергетические уровни не совпадают с экспериментально измеренными уровнями, если не учитывать квантовые флуктуации.
Возможно, многие квантовые флуктуации произошли до рождения всего. Большинство из них быстро исчезли. Но один из них прожил достаточно долго и имел необходимые условия для инициирования Большого взрыва. После этого первоначальный крошечный объем раздулся огромным фактором, и родилась наша макроскопическая Вселенная.
Первоначальная пара частиц-античастиц (или пар), возможно, впоследствии уничтожила друг друга, но даже если бы они этого не сделали, нарушение сохранения энергии было бы незначительным, недостаточно большим, чтобы быть измеримым.
Если эта, по общему признанию, умозрительная гипотеза верна, то нулевая энергия вселенной имеет место! Она появился из ничего, и если общая энергия равна нулю, но тем не менее, имеет невероятную структуру и сложность. Может быть, есть даже много других подобных миров, пространственно отличных от нашего.
Источник
Суммарная энергия вселенной равна нулю?
Посмотрел тут мнение Митио Каку в видео на ютубе:
https://www.youtube.com/watch?v=10iZRwu2JiM
В нем он говорит, что суммарный заряд, суммарный спин и суммарная энергия вселенной равна нулю. Как такое возможно и нет ли в этом ошибок?
Математические фантазии, у этих фантазёров материя и пространство подчиняется придуманным ими формулам.
11 дополнительных измерений в струнной теории это не шутки. :]
Думается если вся энергия, заряд и спин вселенной равняются нулю, то для независимого наблюдателя вне вселенной ее вообще не существует. Такое то бытие заключенное в небытие.
Энергия? Нулю? Ну-ну.
Думается если вся энергия, заряд и спин вселенной равняются нулю, то для независимого наблюдателя вне вселенной ее вообще не существует.
Заряд и спин, это мера движения материи. Грубо говоря, если машины на перекрёстке сворачивают налево, то из этого не значит, что ровно столько же машин свернёт направо. А если бы их количество случайно даже и сравнялось, то машинопоток от этого не обнулился бы.
ну хоть вот это то эфиродинамщики не отрицают?
«если где-то чего-то прибыло, то где-то чего-то убыло».
«если где-то чего-то прибыло, то где-то чего-то убыло».
Именно так, но чтобы такое реализовать, где-то на нижних уровнях организации материи должно твориться что-то запредельно умное. И в результате и заряд + и заряд — делаются из одной и той же субстанции, на одной и той же «фабрике» в зависимости от потребностей на каждый вид продукции а не «всей хрени поровну чтобы проще было считать».
Как такое возможно и нет ли в этом ошибок?
Конечно есть. Ошибка заключается в том, что ты пытаешься применять науку там, где место религии и философии.
Наука работает только в тех местах, где можно проверить теоретические предсказания с помощью эксперимента. А там где можно только делать философские предположения, наука не работает.
Вы думаете, что предположение о наличии 11 дополнительных измерений религиозно?
Наука работает только в тех местах, где можно проверить теоретические предсказания с помощью эксперимента.
Интересно, как можно провести эксперимент по обнаружению дополнительных измерений? Вот я даже не могу представить себе этих измерений, а математически струнная теория говорит о их наличии.
а математически струнная теория говорит о их наличии.
Не совсем так. Струнная теория не говорит нам о том что они есть, она говорит нам что если их нет, то струнная теория разваливается. Нет абсолютно никаких способов определить является ли струнная теория верной или нет. Она даже толком не закончена еще, у нее внутри ее самой еще полно противоречий. Именно поэтому эту струнную теорию никто и не использует.
после нормировки всегда.
так вот и получается, что суммарный заряд вселенной равен нулю, какие же это фантазии? и причем тут способ подсчета? хоть через фабрики твои, хоть через a+b — результат-то один, не? И это следствие закона сохранения электрического заряда, а не каких-то «умных» манипуляций с загадочной субстанцией.
Энергия гравитационного поля отрицательна и компенсирует остальную положительную.
Не смотрел, но осуждаю. Из чего такие выводы вообще?
Это как? Опять какие-то абстракции, как отрицательная температура в Кельвинах?
А, ну я и говорю абстракция. Исключительно для удобства расчетов.
Вы думаете, что предположение о наличии 11 дополнительных измерений религиозно?
Да. Читай Ли Смолина.
Суммарная энергия вселенной равна нулю?
Естественно, если вести отсчет от суммарной энергии вселенной.
Не совсем так. Струнная теория не говорит нам о том что они есть, она говорит нам что если их нет, то струнная теория разваливается.
Я конечно тот еще дилетант, но я не думаю, что она разваливается. Просто тут как в шахматах, можно все правила описать представив шахматную доску одномерной полоской в 64 клетки, просто в двухмерном варианте правила намного проще и логичнее.
Да хоть -3 у.е.э. В чем проблема?
как известно главный ответ на вопросы мироздания и вообще — 42. Так что нет, не нулю)))
Нет, она таки разваливается. Там калибровки расходятся, и привет. Каждый раз как у них в очередной раз что-то с чем-то не сходится, они говорят «а давайте введем еще один свободный параметр», и добавляют еще одно измерение.
Короче, математически-то теория может быть и красивая, но — вот незадача — никак не хочет дружить с реальностью.
Именно поэтому эту струнную теорию никто и не использует.
Ей теоретики же занимаются — уровень энергий слишком далеко от GUT (картинки по «coupling constants running»), чтобы экспериментально что-то явно находить на LHC. Либо косвенно, либо какие-то вещи должны быть ближе по энергии (суперпартнёры, доп. измерения).
То есть либо так, либо последние *дцать лет фундаментальной теоретической физики и нет вовсе — http://inspirehep.net/info/hep/stats/topcites/2013/alltime.html.
Кроме того, оставляя в стороне вопросы «теории всего», «теория струн это просто КТП», так что есть и техническая сторона, типа
Нет абсолютно никаких способов определить является ли струнная теория верной или нет.
(как пример фальсификации)
(это на тему GUT vs Planck — ну недоступны такие энергии, верификации/фальсификации гипотез от этого никак)
SEARCHES FOR MONOPOLES, SUPERSYMMETRY, TECHNICOLOR, COMPOSITENESS, EXTRA DIMENSIONS, etc.
Хиггса вон сколько искали, хотя это «всего лишь» часть SM.
Она даже толком не закончена еще, у нее внутри ее самой еще полно противоречий.
Как бы есть QF_T_, а есть S_M_, конкретный лагранжиан и куча экспериментальных его параметров — какие противоречия у QFT и насколько о ней нельзя сказать «верна» или «не верна» (пространство моделей больше же чем в теории струн даже)?
Так же есть О_Т_О (и дополнительные теории) и есть ΛCD_M_.
Так же есть _теория_ (M/супер)струн, а есть _модельный_ уровень — конкретная феноменология, выбор компактификации, ландшафта, с соответствием низкоэнергетическому пределу и т.д. (вопросы не решённые, конечно).
так вот и получается, что суммарный заряд вселенной равен нулю, какие же это фантазии?
Где получается? Та энергия, которую мы знаем, это мера движения материи. Разве её движение равно нулю? Да, учёные для развлечения запросто могут сорвать с атома водорода электрон, а его ядро поломать в ускорителе, запросто тем самым уменьшив количество положительных зарядов во вселенной.
Ну и как не разобравшись со способами подсчёта ты будешь считать и понимать что именно считаешь? Тогда и песок в пустыне взвесить запросто — набрать его в ведро, подцепить к весам а весь остальной песок объявить «тёмным песком» веса не имеющим, он же к весам не относится, значит его масса «никак не проявляется».
хоть через фабрики твои, хоть через a+b — результат-то один, не?
Нет, не один — где ты видел фабрику, которая ничего бы не потребляла сама?
И это следствие закона сохранения электрического заряда, а не каких-то «умных» манипуляций с загадочной субстанцией.
Чтобы электрический заряд сохранялся, во вселенной должна тратиться энергия — это тоже работа, только незаметная. Если не веришь, то возьми стопку кирпичей, подними и подержи на вытянутых руках часов 10.
Я утверждаю, что суммарный интеллект, взятый по Вселенной, равняется нулю.
А на Земле он константен, а людей всё больше.
Что-то много и непонятно написано, и куча ссылок на рандомные материалы.
То есть либо так, либо последние *дцать лет фундаментальной теоретической физики и нет вовсе
Ее не то чтобы нет, а просто она не нужна пока что никому. В отсутствии экспериментов физика превращается в философию и схоластику, а современные эксперименты действительно проверяют теоретические выкладки полувековой давности. И современным экспериментаторам струнная теория не нужна ну вот совсем никак. О чем кстати прекрасно написано по твоей же ссылке:
If you want to learn right now about the fine detail of the standard model of particle physics and just that, for instance if you are a genuine particle physicist, then string theory may give you exactly no useful information whatsoever and all time spent on it is plain wasted.
возьми стопку кирпичей, подними и подержи на вытянутых руках часов 10
Ты не только физику не знаешь, но и о физиологии не имеешь не малейшего представления. Что ты забыл в этом разделе форума?
Ты не только физику не знаешь, но и о физиологии не имеешь не малейшего представления. Что ты забыл в этом разделе форума?
Переадресую вопрос к тебе. Что ты делаешь в этом разделе форума не имея разума и лишь жонглируя формулами физического смысла которых не понимаешь?
Shut up and calculate!
Что-то много и непонятно написано, и куча ссылок на рандомные материалы.
1) GUT scale vs Planck scale, coupling constants running. Как можно проверять экспериментально то, что на данный момент явной проверке никак не доступно? Никак нельзя, поэтому проверяют то что доступно — GUT, полувековая давность, дальше смысл продолжать проект LHC (и что там Китай планирует) как в уточнениях, так и в поиске физики за рамками стандартной модели. В остальном теория, косвенные соображения, экспериментальный поиск ингредиентов которые могут быть обнаружены, несмотря на недоступность всей основной квантовой гравитации (ингредиенты могут быть свойственны теории струн и только ей, или нет).
2) Вся эта теория последние десятилетия это теория струн (ссылка на inspirehep).
3) Она является логическим продолжением всей предыдущей физики (QFT), так что помимо «теории всего» есть прикладной и математический аспекты — AdS/CFT, etc.; mirror symmetry, etc. (ссылки).
4) По ссылкам на cern.ch и pdg.lbl.gov видно, что экспериментаторы не равнодушны к SUSY, доп. измерениям, etc (эти самые ингредиенты).
5) Тестируют не теории, а модели. Теория струн не противоречива, у неё с моделями заточенными под стандартную модель проблемы, что естественно, ибо decoupling.
В отсутствии экспериментов физика превращается в философию и схоластику, а современные эксперименты действительно проверяют теоретические выкладки полувековой давности.
Тут какое-то противоречие — новым экспериментам будут нужны нынешние теоретические выкладки (ставшие полувековой или какой угодно давности — Хиггс долго искался, атомы — ещё дольше :), либо канувшие за ненадобностью — тоже вариант, просто пока других вариантов кроме теории струн нет).
Современные физики часто (не все) считают что уже всё знают любят делать такие глобальные предположения.
Собственно как и многие (не все) физики сотнями лет назад считали что тоже всё знают и земля плоская была и небо твёрдое.
Вот Хоккинг считает по другому, он утверждает что вселенная существует только потому что она неоднородная/несимметричная/ соответственно и энергия тоже. Иначе была бы аннигиляция материи/антиматерии на ранних этапах большого взрыва (если он был таким каким его представляют)
Кто прав? Хрен знает, на данный момент никто не прав, просто кто-то ближе к истине кто-то дальше от неё.
Но сама идея нулевой суммы энергии логична и сама собой в голове выскакивает. Тут нового ничего нет. Так как если иначе, то появляется туча вопросов — откуда лишняя/недостающая энергия? И прочее.
Иначе была бы аннигиляция материи/антиматерии на ранних этапах большого взрыва
Кто прав? Хрен знает
Так что известно, кто прав. Кронин и Фитч в 1964-м и Сахаров в 1967-м.
Источник