Хабрахабр

Мифы современной физики. Законы сохранения

Продолжение. Начало тут и тут:

Правда, вечного двигателя я вам не обещаю. В этот раз мы замахнемся на святое: на законы сохранения, в том числе на закон сохранения энергии.

Между тем, энергия сохраняется в механике, в квантовой механике и даже в СТО – Специальной Теории Относительности. image
Закон сохранения энергии имеет такой ореол святости, что практически любой человек напрягается, услышав, что с ним не все хорошо. Однако сказать, что энергия не сохраняется, тоже нельзя. Но… не в ОТО – Общей Теории Относительности. Вначале разберемся,

Что же такое – сохраняться?

Вот мы положили в мешок два шара, синий и красный. Через какое-то время достали их. Ага, было два шара, и стало два шара, шары сохраняются в мешке! Так выглядит пространственно — временная картина этого эксперимента:

А как быть с энергией? Однако с количеством шаров все просто – все наблюдатели, как бы они ни двигались, согласятся с тем, что шаров – два. Кинетическая энергия его в моей системе отсчета равна нулю. Вот, например, я стою около дома весом 1000 тонн. В моей системе отсчета дом приобрел огромную энергию! Теперь я пойду от дома со скоростью 1 метр в секунду. Как я, слабый человек, мог дать дому такую энергию всего одним шагом?

Считал энергию вначале в одной системе отсчёта, а потом нагло перескочил в другую. Если вы внимательно следили за руками, то, несомненно, заметили, что я совершил грязный хак. Для энергии состояние до и состояние после должно быть привязано к одной и той же системе отсчета. Так делать нельзя.

А вот с этим в искривленном пространстве плохо: как вы помните, в искривленном пространстве могут быть много параллельных или не быть ни одной! Для нашей картинки с шарами это означает, что дно и крышка цилиндра (в общем случае любой фигуры) должны быть параллельны друг другу. Хуже того, пространство может быть таким кривым, что туда вообще не вписать такую фигуру!

Таким образом, в ОТО не то, чтобы энергия не сохраняется, а само понятие “сохраняться” плохо определено. Или время закольцовано – и понятия до и после не вполне определены.

Канонический пример несохранения энергии

Мы все знаем, что Вселенная расширяется. Когда ее линейный размер увеличивается в 10 раз, то ее объем увеличивается в 1000 раз, и плотность обычного вещества (ведь атомы – это шарики, и все наблюдатели согласны с тем, сколько их) падает тоже в 1000 раз

То есть плотность вещества падает как третья степень, а излучения – как четвертая. А вот плотность излучения, в частности реликтового излучения, падает в 10000 раз – помимо того, что фотоны рассеялись в большем объеме, каждый из них еще и покраснел.

Гравитация в основном создавалась давлением фотонного газа. У этого есть интересное следствие – если мы будем двигаться в прошлое, то плотность излучения будет расти быстрее, чем плотность материи, и мы можем дойти до периода, когда плотностью и давлением обычной материи можно будет вообще пренебречь.

Следует заметить, что космологическая точка зрения – “вся вселенная в такое-то время”, несмотря на ее интуитивную понятность и полезность, для каждого времени после Большого Взрыва образует в пространстве-времени кривую поверхность, то есть не является валидной системой отсчета.

Можно ли поднять себя за волосы?

image

Импульс, как вы догадались, тоже не сохраняется. Спойлер: ДА. Вот видео, как это выглядит. Вы можете погуглить по словам Swimming in space. Конечно, практической ценности в этом почти нет, но все равно интересно.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть