A kvantumfluktuáció ellentmond az energiamegmaradásnak?

A kvantumfluktuációk során valóban keletkezhet semmiből energia, ami azonban el is tűnik azonnal a semmibe - minél nagyobb energiáról beszélünk, annál gyorsabban. És itt kvantumfizikai skálákról beszélünk: mind az idő, mind az energia, amiről szó van, sok nagyságrenddel kisebb az emberi léptékeknél.

Az energia megmaradására nagyobb léptékben érvényes, ahol a kvantumbizonytalanságok már nem játszanak szerepet.

Ami az ősrobbanást illeti: az ősrobbanás folyamatára nem létezik olyasmi, hogy energiamegmaradás. És ez pontosan a fizikából következik. Ha érdekel bővebben, egy másik kérdés alatt kifejtettem pont pár napja, bemásolom:

"a megmaradási tételek - mindegyik, nem csak az energiamegmaradásé - nem alapvető, fundamentális létezők, hanem mélyebb okok húzódnak mögöttük. Csak dióhéjban: bizonyos szimmetriákból származnak. Bővebben: természeti törvények folytonosan differenciálható eltolási szimmetriáiból. Nagyjából ez azt jelenti, hogy akkor keletkeznek bizonyos mennyiségek megmaradási törvényei, ha bizonyos körülmények között bizonyos fizikai egyenletek bizonyos transzformációkkal szemben invariánsak - sok bizonyos van a mondatban, de akit érdekelnek bővebb konkrétumok, Noether tétel néven tud utánakeresni.

Az energia megmaradása az időbeli eltolás folytonosan differenciálható szimmetriájából következik. Ez a szimmetria a newtoni fizikában mindig adott, ennek következtében a newtoni fizikára épülő statisztikus fizika, illetve arra épülő termodinamika is mindig rendelkezik vele. Csakhogy az általános relativitáselmélet már nem. Az általános relativitáselmélet által leírt fizikai valóság már egy girbegörbe téridőről beszél, ráadásul, mint kiderült, pont idő irányban torzult a vilávegyetemünk, ez az, amit tágulásnak értelmezünk, ilyen körülmények közögt pedig az időeltolás szimmetria nem teljesül.

Szóval az általános relativitáselmélet rávilágított arra, hogy az időbeli eltolás szimmetriája nem feltétlen kell, hogy fennálljon, míg a világegyetem tágulásának felfedezése megmutatta, hogy a világegyetem egészére nem is áll fenn.

Mit jelent mindez? Azt, hogy az őt létrehozó szimmetria nélkül az energiamegmaradás sem létezik, azaz a világegyetem egészére nem teljesül. Energia nyugodtan tűnhet el és keletkezhet, az időeltolás szimmetria nem teljesülése esetén ezt semmilyen fizikai törvény nem tiltja.

Valójában a világegyetemünk akkora tartományaitól felfelé lehet elfelejteni az energiamegmaradást, ahonnan már nem tekinthetjük elhanyagolhatónak a tágulást. Azaz az örökmozgókészítő sufnizsenik garázsában az energiamegmaradás abszolút létezik. De a Földre, sőt a Naprendszerre, de akár az egész galaxisunkra nézve is. De nagyon nagy tartományokra nézve már nem. Most sem.

Az ősrobbanás maga pedig egy olyan esemény volt, amiről magáról sokat nem tudunk, de azt az egyet tutibiztosan igen, hogy az időeltolás szimmetriája nem állt fenn. Azaz nem létezik olyan, hogy energiamegmaradás törvénye az ősrobbanásra nézve. És sem akkor, sem azóta nem létezik energiamegmaradás törvénye a világ egészére nézve."

Nem, csak rövid időre. Átlagban az energia megmarad.

Az ősrobbanás továbbra sem a semmiből jött létre, felejtsd már el ezt! Viszont ott valószínűleg nem volt érvényes az energiamegmaradás.

Nem azért mondom, de egy hónapon belül ez már többször volt téma, olvasni szoktál? Nézz körül a kérdésed alatt.

Mit értesz pontosan kvantumfluktuáció alatt, és miből gondolod hogy sérti az energiamegmaradást?

Mondok két példát, ami lehet segít neked megérteni a dolgokat.

Az első: le akarunk írni egy mágnest. Erre egy model a Heisenberg/XXZ modell, ami azt mondja hogy egymás mellett vannak spinek, amik egy irányba szeretnek állni. Ekkor klasszikusan az eredmény, hogy minden spin egy irányba fog állni és ennek lesz valami ergiája, legyen E0. Viszont erre a klasszikus eredményre rátevődnek a kvantumfluktuációk, amik azt fogják okozni, hogy néha spineket forgatnak el. Ez álltal az energia csökkenni fog, és kondenzált anyagok esetén ki lehet jelenteni, hogy a kvantumfluktuációk mindig csökkentik a rendszer energiáját. 1 dimenzióban akkorák ezek a fluktuációk, hogy teljesen elrontják a rendet, nagyobb dimenzió esetén pedig a rend meg tud maradni, csak csökken az energia. Feltehetjük a kérdést, hogy itt a kvantumfluktuációk sértik-e az energiamegmaradást. És erre nem lesz a válasz, hiszen val előttem a rendszer, annak van egy adott energiája, amiben bele van számolva a kvantumfluktuáció.

A másik példa, amire lehet inkább gondolsz, amikor “részecske és antirészecske keletkezik a semmiből”. Itt is ha utánaszámolsz sehol nem sérül az energiamegmaradás. Először egy kevésbé pontos leírás, aztán mindjárt leírom pontosabban. Hogy is működik ez a számolás, és a gondolatmód. Ezt a feynman grafikonok adják meg. Vegyük a fény és az elektronok kölcsönhatását. Hogyan néz ki ez a kölcsönhatás naivan, jön egy foton, és az elnyelődik és helyében keletkezik egy elektron és egy pozitron. És ezek ezután egymással kölcsönhatnak… . Viszont ha az ember megnézi pontosabban a matekot, minden egyes kölcsönhatásnál megköveteljük az energia és az impulzusmegmaradást. Azaz bejön E energiával egy foton, akkor egy elektron kimegy E+T energiával, a másik -T energiával, és ezt a T-t kiintegráljuk -vegtelentol plusz vegtelenig. De az energia összege mindig megmarad. Na es itt jon az érdekes rész, hogy mi értelme van azt mondani, hogy az egyik részecske negatív végtelen energiával ment el, a másik meg pozitívval, amikor tudjuk hogy energia az mindig pozitív. És erre a megoldás hogy semmi értelme simcs ennek. Azaz nem tekinthetjük öket részecskéknek amiknek van energiája. Emiatt nevezzük ezt virtuális folyamatoknak. Mivel számolhatsz úgy hogy ott megy egy részecske, de ha ténylegesen részecskeként gondolsz rá, akkor értelmetlen dolgokat kapsz. Ehelyett annak van értelme, ha azt mondja az ember, hogy bejön egy foton, azzal történik minden furcsa dolog, ahogy az elektromagneses es az elektron pozitron mezok kolcsonhatnak, majd a vegen kijon egy elektron es egy pozitron. Es ezeket mar nevezhetjuk reszecskeknek, es van konkret energiajuk. Es pont annyi a kijovo energia mint a bemeno.