Strona głównaPytania → Perpetuum mobile i zachowanie energii...

Perpetuum mobile i zachowanie energii w teorii względności

Pytanie

Pyta Radosław

Na wykładzie profesora Krzysztofa Meissnera usłyszałem, że w teorii względności nie ma czegoś takiego jak zasada zachowania energii – tzn. w bardzo długim okresie czasu materia (proton) może powstać sam z siebie. I w związku z tym pytanie. Czy jeśli wg teorii względności nie ma zasady zachowania energii to czy można stworzyć perpetuum mobile (którego niemożność skonstruowania była tłumaczona tą zasadą)?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

W teorii grawitacji Einsteina (Ogólnej Teorii Względności) pole grawitacyjne opisywane jest jako zakrzywienie czasoprzestrzeni. W układach, w których materia skoncentrowana jest w pewnym skończonym obszarze, a daleko od niego pole grawitacyjne jest zaniedbywalne (czasoprzestrzeń jest „asymptotycznie płaska”) możemy wprowadzić pojęcie energii pola grawitacyjnego oraz udowodnić zasadę zachowania energii (patrz np. rozdział 20 w podręczniku „Gravitation” Misnera, Thorne’a i Wheelera). Problem z zasadą zachowania energii występuje jedynie w czasoprzestrzeni, która nie jest asymptotycznie płaska.

Nasz rozszerzający się Wszechświat nie jest asymptotycznie płaski, i nie można zdefiniować jego energii jako całości. W początkowych etapach ewolucji Wszechświata wystąpił (prawdopodobnie) okres tzw. inflacji, tj. bardzo szybkiego zwiększania się objętości Wszechświata na skutek dużej gęstości energii próżni. Gęstość energii próżni nie malała proporcjonalnie do zwiększania się objętości, więc mieliśmy coś w rodzaju perpetuum mobile, z którego być może powstała cała materia i energia wypełniająca nasz obecny Wszechświat. Pole (tzw. inflaton) odpowiedzialne za energię próżni może po zakończeniu inflacji produkować rzeczywiste cząstki zwykłej materii.

Wniosek: Cały Wszechświat może funkcjonować jako coś w rodzaju perpetuum mobile, ale lokalnego perpetuum mobile nie da się skonstruować.