Если энергия не может быть создана… откуда она взялась?

Сегодня — спокойный, подробный разбор одного из самых фундаментальных вопросов физики: если энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, то откуда взялась вся энергия Вселенной? Вы узнаете: — как закон сохранения энергии проходит путь от падающего мяча через мышцы, пищу, фотосинтез и ядерный синтез в ядре Солнца вплоть до водорода, возникшего в первые минуты после Большого взрыва; — почему у энергии нет простого определения: Ричард Фейнман называл её числовой величиной, которая остаётся неизменной, и как именно мы пришли к такому пониманию — от спора Ньютона и Лейбница и опытов Румфорда с пушками до экспериментов Джоуля, Майера и Гельмгольца; — теорему Эмми Нётер: почему энергия сохраняется именно потому, что законы физики не меняются со временем, и как из других симметрий следуют сохранение импульса и момента импульса; — как Максвелл объединил электричество, магнетизм и свет, а Эйнштейн показал, что масса — это тоже энергия, и почему чёрные дыры, излучение Хокинга и информационный парадокс не нарушают законов сохранения; — сколько энергии скрыто в атомном ядре: деление урана, протон-протонная цепочка на Солнце и то, как каждую секунду около четырёх миллионов тонн массы превращаются в солнечный свет; — почему в общей теории относительности глобальное сохранение энергии в расширяющейся Вселенной устроено тоньше, чем в обычной физике, и что здесь говорит Шон Кэрролл; — тёмную материю, тёмную энергию (около 68% энергетического содержимого Вселенной), ускоряющееся расширение, открытое в 1998 году, и «худшее предсказание в истории физики» о вакуумной энергии; — гипотезу о нулевой полной энергии Вселенной: положительная энергия вещества против отрицательной гравитационной энергии, идеи Алана Гута и возражения философов науки; — инфляцию и повторный нагрев, вечную инфляцию, космологические модели с отскоком и первичные гравитационные волны: пульсарные тайминговые массивы, LIGO и будущую миссию LISA; — второй закон термодинамики, стрелу времени, тепловую смерть Вселенной и загадку исключительно низкой энтропии Большого взрыва по Роджеру Пенроузу; — как жизнь, АТФ, митохондрии и целая цивилизация используют градиент энтропии между солнечным светом и холодным космосом, и почему ископаемое топливо, гидро- и ветроэнергетика по сути тоже восходят к Солнцу; — историю предсказания нейтрино Вольфгангом Паули в 1930 году, сделанного ради спасения закона сохранения энергии. Устраивайтесь поудобнее и позвольте этой долгой истории об энергии, звёздах и происхождении всего существующего унести вас в сон. 📚 ИСТОЧНИКИ Feynman, R., Leighton, R., Sands, M. — "The Feynman Lectures on Physics", Vol. I, Ch. 4: "Conservation of Energy" Noether, E. — "Invariante Variationsprobleme" (1918) Joule, J.P. — "On the Mechanical Equivalent of Heat" (1850) Guth, A. — "Inflationary Universe: A Possible Solution to the Horizon and Flatness Problems" (1981) Hawking, S.W. — "Particle Creation by Black Holes" (1975) Bekenstein, J.D. — "Black Holes and Entropy" (1973) Carroll, S. — "Energy Is Not Conserved" (Cosmic Variance, 2010) Riess, A. et al.; Perlmutter, S. et al. — papers on the accelerating expansion of the Universe (1998–1999) Penrose, R. — "The Road to Reality" NANOGrav Collaboration — "The NANOGrav 15-year Data Set: Evidence for a Gravitational-Wave Background" (2023)