Продолжение предыдущей статьи: Вселенная с нулевой энергией. Миф или реальность? Часть первая.
Если гипотеза о Вселенной с нулевой энергией – это миф, значит нужно найти другое объяснение, отличное от того, что энергия может генерироваться из ниоткуда. При этом важно учесть ещё такой момент. Энергия, как потенциальная, так и кинетическая – это относительная величина. Если я наблюдаю за автомобилем массой в 1 тонну, стоя на тротуаре, то он движется относительно меня со скоростью 10 м/с и обладает кинетической энергией mV^2/2 = 50 кДж. Если же я нахожусь в этом автомобиле, то он относительно меня не движется, его кинетическая энергия равна нулю. Закон сохранения энергии будет выполняться только в одной наперёд выбранной системе отсчёта, только в замкнутой системе и только при условии однородности времени.
Когда мы говорим о расширении Вселенной с течением времени, о механизме генерации материи из ничего, мы неосознанно выбираем неинерциальную и постоянно меняющуюся систему отсчёта.
Вселенная расширяется. Это доказано Эдвином Хабблом ещё в 1929 году. Это означает, что все расстояния между контрольными точками растут. Из-за этого поток электромагнитных волн, излучаемых дальними галактиками, растягивается. Длина волны наблюдаемого света увеличивается. Фиолетовый фотон, при путешествии через расширяющееся пространство, регистрируется как красный фотон.
Куда же девается по пути его энергия? Никуда не девается. Это тот же парадокс наблюдателя, что и с примером про энергию автомобиля. Количество энергии в разных системах отсчёта разное.
Представим себе астронома, который наблюдает одновременно за идентичными галактиками, расположенными на разных расстояниях от Земли.
Чем ближе расположена галактика, тем более высоко энергичной она будет казаться. Чем дальше расположена галактика, тем более низко энергичной она будет казаться. При этом создаётся иллюзия, что 10 миллиардов лет назад энергии во Вселенной было гораздо меньше чем сейчас. При этом, не смотря на иллюзию, астрономы наблюдатели правы с точки зрения физики. В физике как известно не бывает понятия «на самом деле». В физике есть наблюдения, выполненные в заданной системе отсчёта, и поэтому формально получается, что да, при наблюдениях в земной системе отсчёта, энергия Вселенной с течением времени увеличивается.
Энергия фотонов вычисляется по формуле E = h*ν = h*c/λ, где v - частота, λ - длина волны, h - постоянная Планка, с - скорость света. Следовательно, если за некий промежуток времени в несколько миллиардов лет, пространство расширилось в 2 раза, т.е. любые расстояния между контрольными точками увеличились в 2 раза, в том числе длина волны фотона, значит его частота упала в 2 раза и его энергия тоже упала в 2 раза. Зависимость полностью линейная. Включив мысленную перемотку назад, можно дойти до планковской эпохи 13.8 миллиардов лет назад и насчитать лишь 2 миллиарда джоулей и 22 соответствующих ей микрограмма.
Полная масса-энергия Вселенной всегда оставалась постоянной, она никогда не была равна соответствующим планковским величинам и уж тем более нулю. То, что мы фиксируем – это лишь следствия теории относительности.
Какие новые теоретические следствия можно сделать из этой гипотезы? Во сколько раз Вселенная расширилась, во столько же раз иллюзорно увеличилась её масса. Проверяем:
1) Яндекс поиск выдаёт барионную массу видимой Вселенной (масса вещества) больше чем 10^53 кг. Точнее найти не удалось, поэтому пусть будет так. По информации полученной от аппаратов Планк и WMAP, наша Вселенная на 4,9 % состоит из обычной барионной материи и на 26,8 % из тёмной материи, т.е. тёмной материи в 26,8/4,9 = 5,5 раз больше, и таким образом общая масса М оценивается в около 6,5*10^53 килограмм.
2) Планковская масса m составляет 2,2*10^-8 кг.
3) Радиус наблюдаемой Вселенной R составляет 45.7 миллиарда световых лет. 1 световой год = 9,46 * 10^15 метров. R = 4.57*10^10*9.46*10^15 = 4.3*10^26 м.
4) Планковский радиус r составляет 1,6*10^-35 м.
M/m = 6,5*10^53/(2,2*10^-8) = 2.95*10^61
R/r = 4.3*10^26/(1,6*10^-35) = 2.69*10^61
Обратите внимание, что при столь плохо определённых массе M и радиусе Вселенной R, это соотношение выполняется достаточно точно. Это говорит о том, что эта гипотеза как минимум правдоподобна. Эта гипотеза не объясняет ускоренного расширения пространства Вселенной, как гипотеза Вселенной с нулевой энергией, но не может ли получиться так, что ускоренное расширение пространства такой же миф? Об этом в следующей статье.