Strona głównaPytania → Czy energia we Wszechświecie nie...

Czy energia we Wszechświecie nie zmieniła się od jego początku?

Pytanie

Pyta Bartek

Czy z prawa zachowania energii można wnioskować, że suma energii nie zmieniła się od początku istnienia Wszechświata? Czy ktoś podjął próbę oszacowania, ile wynosi?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

W Ogólnej Teorii Względności możemy określić energię pola grawitacyjnego tylko w przypadku, gdy czasoprzestrzeń jest asymptotycznie płaska. Spełnienie tego warunku jest możliwe tylko dla ograniczonych przestrzennie rozkładów materii. W przypadku rozszerzającego się Wszechświata mamy do czynienia z czasoprzestrzenią, która nie jest asymptotycznie płaska. Nie można określić energii pola grawitacyjnego, a bez jej uwzględnienia zasada zachowania energii nie jest spełniona.

Bardzo prawdopodobne jest, że w początkowych ułamkach sekundy po Wielkim Wybuchu mieliśmy do czynienia z tzw. kosmiczną inflacją, podczas której rozszerzanie się Wszechświata wywołane było przez dużą gęstość energii próżni. Gęstość ta pozostawała w przybliżeniu stała, a objętość zwiększała się gwałtownie, więc ogromna energia powstawała w pewnym sensie „z niczego”. Nie jest wykluczone, że cała obserwowana materia we Wszechświecie powstała z tak właśnie wytworzonej energii.

Rozszerzanie się Wszechświata w chwili obecnej również wywoływane jest głównie przez gęstość energii próżni, choć znacznie mniejszą niż w czasie inflacji. Nieco mniejsze wkłady dają gęstości energii pochodzące (zgodnie ze wzorem $E=mc^2$) od normalnej i ciemnej materii. Znając dość dobrze gęstości tych energii możemy wyznaczyć związaną z nimi energię całkowitą w danej objętości. Nie wiemy jednak jaka jest całkowita objętość Wszechświata. Znamy jedynie objętość tzw. widzialnego Wszechświata, czyli tej jego części, od której zdążyłyby do nas dotrzeć sygnały poruszające się z prędkością światła od momentu Wielkiego Wybuchu. Spotykane w literaturze dane dotyczące rozmiarów, objętości lub całkowitej masy Wszechświata odnoszą się faktycznie tylko do Wszechświata widzialnego.