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. Эта гипотеза широко обсуждается в популярной литературе.[1][2][3]
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 ее гравитационного поля. [4][5] 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.[2] Затем эту гипотезу развил Илья Пригожин[6] 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.[5] 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.[7] 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.[8][9] В 1994 году[10] была опубликована работа Натана Розена,[11] 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.[12] Решение с нулевой энергией для пространства Минковского, представляющего наблюдаемую вселенную, было предоставлено в 2009 году.[5]
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. [13] 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.[14]