Czy energia może zostać wyprodukowana?

Pytanie

Pyta Aleksander

Czy stwierdzenie, że energia może zostać wyprodukowana jest poprawne fizycznie? Czy nie jest tak, że energia jest zawarta już w świecie w swojej określonej ilości i jedyną rzeczą jaką można z nią zrobić to przetwarzanie jej z jednej formy w drugą?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Gdy rozpada się mion w swoim układzie spoczynkowym, to produktami reakcji są elektron, antyneutrino elektronowe, neutrino mionowe oraz energia w postaci energii kinetycznej wyprodukowanych cząstek. Mówimy w takich przypadkach, że energia została wyprodukowana. Nie jest to sprzeczne z zasadą zachowania energii, gdyż początkowa energia całkowita układu wynosiła $E = mc^2$, gdzie $m$ jest masą mionu, a $c$ jest prędkością światła. Wyprodukowane cząstki mają masy znacznie mniejsze od mionu, więc większość początkowej energii całkowitej zamienia się na energię kinetyczną produktów reakcji. Ściśle rzecz biorąc zamiast „wyprodukowana energia” powinniśmy powiedzieć „wyprodukowana energia kinetyczna”, ale słowo „kinetyczna” jest często pomijane w tym kontekście, gdyż zakładamy, że rozmówcy wiedzą, o co chodzi.

Można też podać przykład zjawiska, w którym energia naprawdę produkuje się, a nie jest jedynie przekształcana z jednej formy w inną. Jeśli Wszechświat rozszerza się na skutek występowania niezerowej gęstości energii próżni, to gęstość ta może być praktycznie stała, a objętość Wszechświata rośnie, więc całkowita energia rośnie. Takie zjawisko stoi u podstaw hipotezy kosmologicznej inflacji. Zgodnie z tą hipotezą, epoka inflacji rozpoczęła się i zakończyła w pierwszych ułamkach sekundy po Wielkim Wybuchu. Nagromadzona dzięki inflacji energia została następnie przekształcona w energię całkowitą par cząstka-antycząstka. W ten sposób mogła powstać cała wypełniająca Wszechświat materia.