Решён
Можно ли изменить массу Вселенной?

Шредингер • Квантовая физика •
4.8k
6

Чисто теоретический вопрос, навеянный чтением популярной физики.

Масса Вселенной - это фиксированная величина или нет? Если внутри замкнутой системы все сохраняется, то ее нельзя изменить по определению. Но ведь Вселенная расширяется, и при этом темная энергия как то появляется в новом пространстве. Откуда берется эта энергия? Это нарушение закона сохранения или нет?

И второй вопрос: если где то во Вселенной вещество аннигилирует и превращается в излучение, масса системы меняется? Или E=mc2 здесь говорит что нет?

Закон сохраненияКосмологияМасса ВселеннойТемная энергияФизика

6 ответов

Лучшие Новые Старые
Решение
93
Эксперт • 4 ответа

Тут несколько пересекающихся вопросов, разберу по порядку.

Про закон сохранения энергии и расширение Вселенной. В ОТО закон сохранения энергии в глобальном масштабе не выполняется - это доказала Эмми Нетер еще в 1915 году. Теорема Нетер говорит: закон сохранения возникает из симметрии. Закон сохранения энергии - из симметрии по времени (физика одинакова в любой момент времени). Но расширяющаяся Вселенная не симметрична по времени: метрика меняется. Значит, глобальный закон сохранения энергии просто не обязан выполняться. Темная энергия появляется в новом пространстве - это не нарушение, потому что нарушать нечего.

Про аннигиляцию. E=mc2 как раз говорит что масса системы не меняется. Пара электрон-позитрон аннигилирует в два фотона. Масса покоя системы была 2*0.511 МэВ/c2. После аннигиляции масса покоя фотонов равна нулю, но их суммарный импульс и энергия сохраняются, и инвариантная масса системы из двух фотонов снова равна 1.022 МэВ/c2. Ничего не пропало.

Про "изменить массу Вселенной" - вопрос некорректен, потому что масса Вселенной как единого объекта не определена. У открытой или плоской Вселенной нет наблюдателя снаружи, который мог бы ее взвесить.

Аватар Шредингер
Шредингер Автор

Про теорему Нетер не знал, это переворачивает понимание. Значит строгий закон сохранения - это локальное, а не глобальное утверждение. Спасибо.

47
Участник • 1 ответ

Ответ выше технически правильный, но хочу добавить нюанс насчет темной энергии.

Мы на самом деле не знаем, что это такое. Самое простое объяснение - космологическая константа, энергия вакуума. Она не "появляется" в новом пространстве в обычном смысле: плотность темной энергии остается постоянной (около 10^-29 г/см3) пока расширяется само пространство. Полная темная энергия растет. Это действительно странно с точки зрения интуиции. Но ОТО это допускает.

Есть альтернативные модели где темная энергия все же не константа (квинтэссенция и прочее). Там история другая. Наблюдения пока не позволяют различить.

31
Эксперт • 1 ответ

Если по простому: внутри Вселенной ты ничего не можешь изменить в ее суммарном "содержимом" - ты сам часть этой системы. Как попытаться поднять ведро стоя в нем.

22
Эксперт • 1 ответ

Теоретически - если существует мультиверс и между вселенными возможен обмен (через кротовые норы, например), то масса нашей Вселенной могла бы меняться. Но это область чистой спекуляции, наблюдательных свидетельств ноль.

18
Участник • 4 ответа

Сама постановка вопроса "изменить массу Вселенной" предполагает субъекта действия, находящегося вне Вселенной. Такого субъекта в физике нет. Это либо богословский вопрос, либо вопрос о гипотетической внешней цивилизации. Физика тут заканчивается.

5
Эксперт • 1 ответ

А что если темная энергия это просто ошибка измерений и никакого расширения с ускорением нет? Я читал статьи где ставят под сомнение стандартную космологическую модель. Может вся эта LambdaCDM это просто удобная математика, а не реальность?

Написать ответ

Визуальный редактор (WYSIWYG)
Премодерация гостей

Вы отвечаете как гость. Ваш ответ будет скрыт до проверки модератором. Чтобы ответ появился сразу и вы получали репутацию — войдите в аккаунт.

Или войдите в систему
Будьте вежливы и соблюдайте правила платформы.