В начале своего существования Вселенная была совершенно иной, чем сейчас: пустой и абсолютно темной. Хочется добавить ещё и "холодной", но температуры тогда не было, так как не было самого вещества. Откуда же оно появилось?
Энергия ниже нуля
При слове "энергия" обычно мы представляем себе тепло или свет. Наверное, это связано с нашими далекими предками, которые любили греться возле костра. Однако энергия может быть разной, и вы сейчас сами в этом убедитесь.
Возьмите любую поверхность и положите на неё мячик или шарик и отпустите его. Он покатится вниз. Но что его заставило это сделать? Гравитация - это не сила, а лишь движение по искривленному пространству, поэтому она здесь ни при чем.
Правильный ответ - мы сами. Поднимая любое тело над землей, мы преодолеваем гравитацию и сообщаем телу энергию - потенциальную энергию. Чем выше поднимем - тем больше её запасем.
Но вопрос в другом - а сколько вообще можно её "закачать"? Если удалиться от Земли очень далеко (практически на бесконечность), то влияние планеты будет равно нулю (падать-то уже некуда), а значит, и потенциальная энергия тоже станет равной нулю. Возникает парадокс - куда же делась энергия? Ведь мы так старались...
Дело в том, что потенциальная энергия берется со знаком минус, то есть она ниже нуля. Получается, что энергия может быть и отрицательной.
Энергия вакуума
В момент рождения во Вселенной была сплошная пустота, вакуум, в котором не было энергии, то есть просто "0". Но ноль всегда можно представить так: 1-1=0, или так: 1000-1000=0. Такая простая арифметика лежит в основе загадки рождения вещества.
После окончания сверхбыстрого расширения вакуум в результате квантовых эффектов наводнил пространство положительной энергией (1), а сам приобрел отрицательную (-1).
Положительная энергия превратилась в вещество, в полном соответствии со знаменитой формулой E = mc^2. Однако и здесь была тонкость. Наряду с обычными, привычными нам частицами, появились и их "злобные братья-близнецы" - античастицы. Они тут же принялись сталкиваться друг с другом и исчезать во вспышках света. Этот свет никуда не исчез - мы его видим до сих пор в виде реликтового излучения.
Но на каждый миллиард пар "частица - античастица" существовала одна частица без пары. Она не исчезла во вспышке света аннигиляции, а продолжила существовать. И такие "одинокие частицы" и дали начало нашему миру, они породили галактики, звезды и нас с вами.
А что же вакуум?
Это явление - появление материи из пустоты - происходит и сейчас. Трудно в это поверить, но вакуум до сих пор рождает частицы парами. Правда, на очень краткий миг - он лежит за пределами обнаружения не то что инструментов, но и физических уравнений. После этого такие "виртуальные частицы" вновь исчезают, отдавая взятую в долг энергию обратно пустоте. Почему они не остаются реальными? Видимо, условия сейчас уже далеко не те, что 13,8 миллиарда лет назад.
Стивен Хокинг предположил, что виртуальная частица может стать реальной, только если их пара родится на границе черной дыры. Одна "упадет" за горизонт событий, а другая останется с нами, став реальной.
Самый большой позор физики
Физики очень переживают за то, что ни одна из их теорий не объясняет, куда делась "лишняя" античастица, которая не прореагировала с частицей. Может, где-то далеко есть антигалактики и антизвезды? Или можно объяснить это как-то иначе? Ставьте лайк, если хотите об этом узнать.
