Вселенная с нулевой энергией

Вселенная с нулевой энергией — физическая гипотеза, предполагающая, что Вселенная обладает нулевым полным количеством энергии за счёт точной компенсации положительной энергии, связанной с материей, согласно формуле Эйнштейна , отрицательной энергией, связанной с гравитацией.[1] Эта гипотеза широко обсуждается в популярной литературе.[2][3][4]

История

Паскуаль Йордан впервые выдвинул гипотезу о возможности возникновения звезды путем квантового перехода в вакууме, за счёт компенсации положительной энергии, связанной с массой звезды отрицательной энергией её гравитационного поля[5][6]. Первая известная публикация на эту тему была в журнале Nature в 1973 году, в которой Эдвард Трайон предположил, что Вселенная возникла в результате крупномасштабной квантовой флуктуации энергии вакуума, приводящей к тому, что её положительная масса-энергия точно уравновешивается её отрицательной гравитационной потенциальной энергией.[3] Затем эту гипотезу развил Илья Пригожин[7]. В последующие десятилетия разработка концепции постоянно сталкивалась с проблемой зависимости вычисленных масс от выбора систем координат. В частности, проблема возникает из-за энергии, связанной с системами координат, вращающимися совместно со всей Вселенной[6].

Первое ограничение было выведено в 1987 году, когда Алан Гут опубликовал доказательство того, что гравитационная энергия отрицательна по отношению к массе-энергии, связанной с материей[8]. Вопрос о механизме, позволяющем генерировать как положительную, так и отрицательную энергию из нулевого исходного решения, не был решён, и Стивеном Хокингом в 1988 году было предложено «специальное» решение с циклическим временем[9][10]. В 1994 году[11] была опубликована работа Натана Розена[12], в которой Розен описал частный случай замкнутой вселенной. В 1995 году Дж. В. Джохри доказал, что полная энергия вселенной Розена равна нулю в любой вселенной, описываемой метрикой Фридмана-Леметра-Робертсона-Уокера, и предложил механизм генерации материи за счет инфляции в молодой вселенной[13]. Решение с нулевой энергией для пространства Минковского, представляющего наблюдаемую вселенную, было предоставлено в 2009 году[6].

Экспериментальные ограничения

Экспериментальные доказательства того, что наблюдаемая вселенная является вселенной с нулевой энергией в настоящее время неубедительны. Гравитационная энергия видимой материи составляет 26-37 % от наблюдаемой общей плотности массы-энергии. [14] Следовательно, чтобы соответствовать концепции вселенной с нулевой энергией наблюдаемой вселенной, помимо гравитации из барионной материи, необходимы другие источники отрицательной энергии. Этим источником часто считается темная материя.[15]

См. также

Примечания

  1. ↑ A Universe From Nothing lecture by Lawrence Krauss at AAI. YouTube (2009). Дата обращения: 17 октября 2011. Архивировано 13 октября 2011 года.
  2. ↑ Lawrence M. Krauss. A Universe from Nothing: Why There Is Something Rather Than Nothing. — Simon and Schuster, 2012. — P. 150-151. — ISBN 978-1-4516-2445-8.
  3. ↑ 1 2 Edward P. Tryon, «Is the Universe a Vacuum Fluctuation?» Архивная копия от 2 октября 2022 на Wayback Machine, Nature, vol. 246, p.396-397, 1973.
  4. ↑ Berkeley Lab, Smoot Group — http://aether.lbl.gov Архивная копия от 9 сентября 2014 на Wayback Machine - Inflation for Beginners, JOHN GRIBBIN Архивная копия от 31 октября 2014 на Wayback Machine
  5. ↑ Beyond Einstein: The Cosmic Quest for the Theory of the Universe — Michio Kaku, Jennifer Trainer Thompson — Oxford University Press, 1997 — p189
  6. ↑ 1 2 3 Berman, Marcelo Samuel (2009). "On the Zero-Energy Universe". International Journal of Theoretical Physics. 48 (11): 3278—3286. arXiv:gr-qc/0605063. Bibcode:2009IJTP...48.3278B. doi:10.1007/s10773-009-0125-8. S2CID 119482227.
  7. ↑ Пригожин, Илья; Стенгерс, Изабелла Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. — М.: Прогресс, 1994. — c. 228—244
  8. ↑ Alan Guth, in his book The Inflationary Universe, (ISBN 0-224-04448-6) Appendix A.
  9. ↑ Stephen Hawking, A Brief History of Time, p. 129.
  10. ↑ Stephen Hawking, «If There’s an Edge to the Universe, There Must Be a God» (interview), in Renee Weber, Dialogues With Scientists and Sages: The Search for Unity, 1986. (Also partially reprinted in «God as the Edge of the Universe», in The Scientist, Vol. 1, No. 7, February 23, 1987, p. 15.)
  11. ↑ Xulu, S. S. (2000). "Total Energy of the Bianchi Type I Universes". Int. J. Theor. Phys. 39 (4): 1153—1161. arXiv:gr-qc/9910015. Bibcode:2000IJTP...39.1153X. doi:10.1023/A:1003670928681. S2CID 15413640.
  12. ↑ Rosen, Nathan (March 1994). "The energy of the universe". General Relativity and Gravitation. 26 (3): 319—321. Bibcode:1994GReGr..26..319R. doi:10.1007/BF02108013. S2CID 121139141.
  13. ↑ Johri, V. B.; Kalligas, D.; Singh, G. P.; Everitt, C. W. F. (March 1995). "Gravitational energy in the expanding universe". General Relativity and Gravitation. 27 (3): 313—318. Bibcode:1995GReGr..27..313J. doi:10.1007/BF02109127. S2CID 120110466.
  14. ↑ Shankar, Karthik H. (2020). "Eternally oscillating zero energy universe". General Relativity and Gravitation. 52 (2): 23. arXiv:1807.10381. Bibcode:2020GReGr..52...23S. doi:10.1007/s10714-020-02671-5. S2CID 119208193.
  15. ↑ Poplawski, Nikodem J. (2014). "The energy and momentum of the Universe". Classical and Quantum Gravity. 31 (6): 065005. arXiv:1305.6977. Bibcode:2014CQGra..31f5005P. doi:10.1088/0264-9381/31/6/065005. S2CID 118593046.

Ссылки