Добро пожаловать в пикабу-сообщество проекта "Инженерные знания"!
Мы изучаем физику и инженерные науки в простой и интересной форме без стандартных скучных клише, которые обычно отталкивают учеников. Меня зовут Юрий Трифонов и я пишу для вас авторские научно-популярные заметки, и иногда снимаю интересные ролики. Познавать мир через физику - неплохой путь ;)
Второй канал в телеге с интересными научно-познавательными картинками
Изначально проект задумывался как способ преподнести полезные и интересные знания в новом формате и был посвящен университетским дисциплинам: материаловедение, техническая физика и прочие инженерные науки.
В процессе развития проекта оказалось, что любой материаловед (или инженер другого профиля) рано или поздно сталкивается с такими необычными вопросами, как "что находится между атомами" и "существует ли пустота как таковая". Или что дальше бозона Хиггса? Поэтому, львиная доля материалов теперь связана с теоретической физикой, космологией и подобными более глубокими изысканиями. Это ответ на вопрос для тех, кто обычно спрашивает: где же тут ИНЖЕНЕРНЫЕ знания?
Друзья, я думаю, что если вы сможете понять логику работу, скажем машины времени, то инженерное применение этих знаний не заставит себя ждать :)...
В основном все недавние изыскания на канале были связаны с ковырянием в физических теориях. Но тут под руку попался китайской USB-микроскоп и понеслась. Вспомнил про работу в лаборатории и решил сделать для вас интересный ролик на тему оптической микроскопии. Ролик состоит из двух логических частей - сначала обсуждаем всю основную теорию, а потом разглядываем всё то, что валялось на столе в сам микроскоп.
Во многом посредством этого ролика я хочу отметить важность прикладной науки. Без практики нет теории и наоборот. Я решил окунуться в теоретическую физику и квантовые миры по той простой причине, что начала задавать себе вопросы, на которые не было ответов у прикладников. Скажем, почему электрон не падает на ядро или по какой причине мы до сих пор не можем открыть мельчайшую субатомную частицу?
Но началось всё с того, что я работал над новыми материалами в лаборатории и частенько использовал именно оптический микроскоп.
Помните фразу Фридриха Ницше "Когда долго всматриваешься в бездну, бездна начинает всматриваться в тебя"? Эта цитата наилучшим образом подходит для описания предмета настоящей беседы. Но начнём, как это водится, издалека.
Представьте себе разогретый брусок или камень. Он состоит из частичек, которые постоянно перемещаются в пространстве. Согласно основам молекулярно-кинетической теории, мера движения этих частиц описывается температурой. Конкретные значения этой температуры определяют тепловую энергию системы. Исходя из классической (слово "классическая" мы будем использовать для стандартных представлений из школьного учебника физики) теории, возможно такое состояние, что при нулевой температуре по шкале Кельвина наступает абсолютный покой. Все частицы замирают и перестают двигаться. Тепловые процессы полностью останавливаются. При этом энергия такой системы тоже нулевая.
Примерно как в знаменитом конденсате Бозе-Эйнштейна, когда частицы почти остановились и стали проявлять интересные свойства
Теоретически возможно такое состояние, когда классическая система (наш многострадальный брусок или камень) будет обладать нулевой энергией. Говоря простым языком - это полное отсутствие энергии. Теперь переходим к самому интересному. А как дела обстоят в квантовых системах?
В этой области существует такое невероятно интересное понятие, как энергия нулевой точки. И, забегая вперёд, скажу, что по сути это энергия абсолютной пустоты, из которой возможно даже "сгенерировать" новые частички.
Энергия нулевой точки относится к минимально возможной энергии, которую может иметь квантово-механическая система, даже когда она находится в своем основном состоянии (состоянии с минимальной энергией).
В отличие от классических систем (как наш брусок из примера), где система при нулевой температуре имела бы нулевую энергию, квантовые системы все еще обладают некоторой остаточной энергией из-за присущей квантовой механике неопределенности.
Эту энергию часто называют квантовыми флуктуациями или энергией вакуума и с ней связано много интересных концепций, теорий и гипотез.
Откуда взялась нулевая точка?
В квантовой механике принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что мы никогда не сможем знать с абсолютной точностью и положение, и импульс частицы. Это означает, что даже в вакууме (пространстве без материи) частицы и поля все еще испытывают флуктуации энергии (любое случайное отклонение какой-либо величины называется флуктуацией). По сути это одно из объяснений природы существования нулевой точки.
Поскольку всё неопределённо, мы не можем говорить о "стабильном" или классическом состоянии частицы. Тут мысль пересекается с представлениями, что частицы есть результат флуктуаций вакуума, а потому и вакуум никогда не будет пустым. Следовательно, если в вакууме есть каким бы оно ни было поле, то это поле даже без порождения конкретной частицы, может произвольно вибрировать (даже без порождения новых частиц) и это его основное свойство.
Флуктуации могут приводить к кратковременному появлению и исчезновению так называемых виртуальных частиц. Эти частицы появляются и исчезают, заимствуя энергию из вакуума, а затем возвращают ее в течение короткого времени, как это разрешено квантовыми правилами. При этом виртуальные частицы при некоторых условиях способны порождать вполне себе реальные частички. Например, вспомните про рождение пар. Вот вам и энергия у пустоты.
Вакуум пространства на самом деле не пуст, а заполнен флуктуирующими полями и частицами. Энергия этих флуктуаций и называется энергией вакуума или энергией нулевой точки. И вы, наверное, помните про не совсем-таки понятную космологическую постоянную. Я делал небольшой ролик на эту тему, который подвергли во многом правильной критике, но не уловили основную идею повествования. Смысл был в описании странной логики появления многих постоянных.
Эйнштейн, прорабатывая общую теорию относительности, установил, что "не вытанцовывается оно". Если у вакуума нет энергии, то как Вселенная будет расширяться? Поэтому, в систему расчёта была введена некоторая величина, которая выравнивает это разногласие. Она была названа космологической постоянной и её происхождение долгое время занимало умы физиков. Изучение вопроса порой приводило к смешным ситуациям, как это было с Эддингтоном. Про этот забавный случай стоило бы рассказать отдельно, но вспомним кратко суть проблемы. Могу тут путать последовательность и конкретные факты, однако главное осознать комичность ситуации.
Эддингтон притянул за уши одно значение к другому и довольный сказал, что нашёл объяснение конкретному значению космологической постоянной. Группа молодых физиков повторила этот финт и взяла за основу некоторое странное соотношение несвязанных физических констант в некотором новом исследовании, используя результаты Эддингтона. Дело дошло до того, что опубликованная ребятами статья чуть ли не на Нобелевку была выдвинута. В затянувшуюся шутку пришлось вмешаться и авторов попросили отозвать шуточную статью. Позже также поступил и Эддингтон, признав, что не был объективен. Но вернемся к основному вопросу.
Энергия вакуума как раз и может быть источником космологической постоянной, которую Эйнштейн ввел в уравнениях общей теории относительности. Иногда космологическая постоянная рассматривается как форма темной энергии, ответственная за ускоренное расширение Вселенной.
Правда ли, что энергию вакуума можно "пощупать"?
Традиционный вопрос у читателя обычно - а как всё это можно потрогать и увидеть? В случае нулевой точки всё довольно занятно. Есть широко известный косвенный эффект, который может продемонстрировать существование энергии нулевой точки или энергии абсолютного вакуума.
Вы слышали про эффект Казимира? Когда две незаряженные параллельные металлические пластины помещаются очень близко друг к другу в вакууме, они испытывают силу притяжения из-за квантовых флуктуаций электромагнитного поля между ними. Этот опыт демонстрирует, что вакуум не пуст, а заодно подсказывает, что он обладает энергией.
Квантовые флуктуации в вакууме оказывают давление на пластины. Поскольку определенные длины волн виртуальных частиц исключены между пластинами (из-за малого зазора), давление снаружи пластин больше, чем между ними, что приводит к силе, которая толкает пластины друг к другу.
Какое значение у нулевой точки?
У концепции нулевой точки есть гипотетическое прикладное применение. Более того, благодаря этому можно объяснить такие сложные явления, как рождение пар или даже самопроизвольное появление частиц.
Некоторые спекулятивные идеи предлагают возможность использования энергии нулевой точки как почти безграничного источника энергии. Однако это все еще гипотеза и логика больше похожа на фантастику.
Если нулевая энергия действительно существует в каждой точке вакуума, ее кумулятивный эффект может оказать большое влияние на геометрию пространства-времени, как описано в общей теории относительности Эйнштейна. Более того, учитывая, что энергия нулевой точки теоретически может оказывать отталкивающее действие, она может быть связана с явлением космической инфляции (быстрое расширение ранней Вселенной) или текущим ускоренным расширением, приписываемым темной энергии.
Это невероятно интересная концепция. Как обычно она трудно объяснима и ломает нашу привычную логику. Но при этом при реальном существовании такого явления это многое объяснит. Да и сам факт существования энергии у ничего очень сильно впечатляет.
⚡ Традиционно, приглашаю всех любителей физического познания в Telegram-канал моего проекта. Там сейчас как раз конкурс и премиумы.
Для тех, у кого проблемы на тубе - я уже давно веду проект и на ДЗЕНе тоже и ролик туда перезалит. Ролик есть и в телеге проекта. Теперь по делу.
Телепортация - это, пожалуй, один из самых захватывающих элементов научной фантастики. Представьте: человек пропадает в одной точке, а мгновение спустя появляется в другой, не тратя времени на перемещение. Звучит магически, но можно ли вообще говорить о физической основе этого явления?
Попробуем подойти к вопросу научно, не забывая, что фантастика - это не просто фантазии. В ней всегда есть доля реальности, и телепортация не исключение.
Давайте начнем с определения. В фантастике телепортация предполагает мгновенное перемещение объекта в пространстве, не затрагивая временной континуум. Другими словами, объект не перемещается во времени, а просто “прыгает” из одной точки в другую.
Но как это возможно с точки зрения науки? Современная физика не знает способов для мгновенного перемещения материи. Согласно теории относительности Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее света. Однако есть несколько гипотетических идей, которые могут дать некоторую основу для телепортации. Среди них создание чего-то типа кротовых нор и разборка-сборка материи.
Несмотря на то, что современная физика не может прямо объяснить телепортацию в виде, в котором ее представляют в фантастике, ее теоретические основы не отбрасываются полностью. Квантовая механика, теория относительности и теория струн дают нам пищу для размышлений, и возможно, что в будущем мы сможем реализовать нечто похожее на телепортацию.
Но даже если телепортация останется фантастическим элементом, она позволяет нам мечтать о будущем, где пространство и время не будут преградой для путешествий.
Инстинктивно мы сопоставляем всё, что происходит в физике окружающего мира, с нашими аналогиями. Все аналогии традиционно берутся из механики. Ну и если, например, мы думаем про летящий объект, то вспоминаем снежок, который бросали в детстве и сравниваем логику движения с ним. Но это не всегда правильно. Возьмем, например, движение света.
Поведение света при его распространении в пространстве удивительно и принципиально отличается от того, как мы обычно понимаем движущиеся в пространстве объекты. Свет сохраняет свою энергию во время путешествия через вакуум пространства из-за отсутствия взаимодействия с материей и соблюдения закона сохранения энергии. Любое воспринимаемое изменение энергии, например, красное смещение, обусловлено эффектами расширяющейся Вселенной, а не внутренней потерей энергии.
Фотон путешествует по пространству
Свет, вроде как, состоит из частиц, называемых фотонами. Но это не совсем ЧАСТИЦЫ. Фотоны уникальны, поскольку не имеют массы и всегда движутся со скоростью света в вакууме. Сравнивать фотон со снежком нельзя.
Энергия фотона напрямую связана с его длиной волны и частотой. Энергия фотона увеличивается с уменьшением его длины волны, и увеличивается с увеличением его частоты. Это ключевое понятие для понимания электромагнитного излучения в различных частях спектра, от радиоволн (длинная длина волны, низкая частота, низкая энергия) до гамма-лучей (короткая длина волны, высокая частота, высокая энергия). Свет распространяется как поперечная волна, что означает, что колебания электромагнитных полей перпендикулярны направлению распространения.
В необъятности космоса, особенно в космологическом масштабе, сама Вселенная расширяется. Это расширение растягивает пространство между объектами, включая пространство, через которое проходит свет. Когда само пространство растягивается, оно также растягивает длину волны света, проходящего через него. Это явление известно как красное смещение. По мере того, как длина волны света увеличивается (растягивается), его частота уменьшается, и, следовательно, его энергия уменьшается. Однако это уменьшение энергии не останавливает движение фотона. Оно просто меняет тип света (например, видимый свет может стать инфракрасным).
Вот такая вот довольно стандартная схема
В пустом пространстве, без какой-либо материи, с которой мог бы взаимодействовать свет, фотоны продолжают путь, не подвергаясь какой-либо потере энергии. Энергия фотона изменяется только тогда, когда его длина волны растягивается из-за расширения пространства или когда он взаимодействует с материей (например, поглощается или рассеивается).
Когда фотон смещается в красную область, это, по сути, означает, что он растягивается по мере своего перемещения в пространстве, особенно если это пространство расширяется (как в нашей Вселенной). Это растяжение увеличивает длину волны фотона, что поворачивает его цвет в сторону красной части спектра. Собственно, отсюда и название "красное смещение". По мере увеличения длины волны энергия фотона уменьшается, поскольку энергия в фотоне напрямую связана с его длиной волны.
Куда девается эта потерянная энергия? И опять тут не подходят аналогии с какими-то макропроцессами. Она не теряется так, как мы обычно думаем о потере энергии, когда двигатель внутреннего сгорания у автомобиля теряет энергию из-за генерации тепла. Вместо этого энергия фотона уменьшается в результате расширения пространства, через которое он проходит. Это не означает, что энергия передается другому объекту или преобразуется в форму тепла или другого типа энергии. Это связано с общей концепцией того, как энергия, пространство и время взаимосвязаны и зависят от расширения Вселенной. По сути, энергия не теряется - она просто разбавляется по мере того, как Вселенная расширяется.
Фотоны продолжают двигаться вперед, потому что они всегда находятся в движении, и в пустом пространстве нет ничего, что могло бы их остановить. Фотон вообще больше похож на кусок синусоиды, который постоянно движется.
Им не нужно тратить энергию, чтобы продолжать движение, потому что у них нет массы, а значит, и инерции или сопротивления, которые нужно преодолеть.
Фотоны будут продолжать двигаться бесконечно, если только что-то не взаимодействует с ними и не поглощает, не отклоняет или иным образом не изменяет их курс.
Фактически получается, что само слово фотон подразумевает постоянное движение. Есть энергия есть и движение. Энергия и есть фотон. Квант энергии определяет существование фотона, которым последний и является. В окружающем мире фотон проявляет себя известным образом. При этом сравнивать его с летящим кирпичом нельзя.
Представьте, что по такой сетке перемещается колебание, которое и является фотоном
При этом известно, что фотон может поглотиться или провзаимодействовать с каким-то объектом. Он может или полностью "израсходоваться", или потерять лишь часть собственного "кванта". Но если нет ничего, что может заставить его рассеиваться, то свет будет путешествовать вечно. Впрочем, несмотря на странность его поведения, тут фотон напоминает камень. Если в пустоте Вселенной бросить камень, то он будет лететь вечно. Примерно также ведет себя фотон. Свет может путешествовать вечно только при отсутствии внешних воздействий на него. Свет не теряет энергию, путешествуя в пространстве до тех пор, пока с чем-то не взаимодействует.
Что же касается аналогий и специфики взаимодействия фотона с пустым пространством, то тут он не теряет энергию, поскольку сам таковой является. Пустое пространство для фотона - это гипотетический идеальный объем, внутри которого свет существует вечно, так как является его свойством.
Представьте себе, что вы хотите описать вселенную. Каким бы огромным ни был ваш словарь, каким бы подробным ни было ваше описание, вы столкнетесь с пределом. Этот предел, определяемый как предел Бекенштейна, говорит, что количество информации, которое может содержаться в заданном объеме пространства с ограниченной энергией, конечно. Это означает, что даже для идеального описания физической системы, занимающей конечный объем и обладающей конечной энергией, потребуется ограниченное количество информации.
Но что это значит для самой информации? Ведь многие относят эти сведения исключительно к термодинамике и энтропии. Я же смею предположить, что смотреть на такой предел нужно шире.
Если информация имеет предел, то она должна быть физической сущностью. Мы неоднократно приходили к этому выводу, исследуя масштабы материи, и каждый раз мы убеждались, что все сводится к информации и энергии. Те, кто следят за моим научпоп-творчеством это хорошо знают.
Предел Бекенштейна ставит перед нами загадку: является ли пространство просто “таблицей данных”, или это “хранилище для информации”? Как бы мы ни отвечали на этот вопрос, мы приходим к одному и тому же выводу: информация, ранее считавшаяся эфемерной сущностью, на самом деле является реальным физическим объектом со своими характерными параметрами. Или же никакого бы предела попросту не было. Пусть изначально рассуждения относились к сугубо термодинамическим параметрам. Но на мой взгляд всё куда интереснее. Если есть пустой шкаф и нечто, что может влезть в этот шкаф, а может и не влезть, то это не метрика, как многие пытаются утверждать.
Этот вывод отвергает традиционное представление о пространстве как пустом холсте, на котором разыгрываются физические явления. Вместо этого, пространство предстает перед нами как “хранилище” информации, с ограниченной емкостью, которое влияет на физические процессы и определяет пределы всего существующего. Ну а информация тогда - РЕАЛЬНЫЙ физический объект.
Наверное самый распространённый ответ на вопрос о том, почему тот или иной материал прозрачный, сводится к фразе: "Хм, ну просто у него такая структура. Атомы и молекулы расположились определенным образом".
Прозрачность - это круто
И тут читатель представляет себе что-то не совсем стандартное. Кто-то визуализирует летящие шарики-фотоны, которые свободно пролетают через строение структуры, а кому-то видятся какие-то бесконечные отражения волны внутри тела. Давайте вместе заглянем в физический механизм прозрачности и выясним, уместны ли такие модели.
Тут нужно применить довольно сложную и занудную физику, поэтому постараемся всё сильно упростить. И да, структура материала тут тоже будет сказываться. То, что мы обозначили выше, работает. Вот только это не есть конечный ответ на поставленный вопрос и объяснение точно не полное. Процесс интереснее и сложнее. Поэтому, расширяем.
Стандартная модель атома Резерфорда
Представьте себе классический атом, как из школьного учебника. Тут даже не нужно сейчас вдаваться в дебри, которые мы обычно разбираем на канале. Достаточно просто вспомнить, что у атома есть ядро и что вокруг ядра на некотором расстоянии расположены электроны. Расстояние до электрона сопоставимо с его энергетическим уровнем. Чем дальше электрон от ядра, тем меньше у него энергия связи.
Когда атомы объединяются и образуют некоторые упорядоченные структуры, электроны во внешних слоях атомов должны смещаться, чтобы разместить другие атомы, расположенные рядом с ними. Электроны при этом должны подчиняться принципу запрета Паули, который гласит, что никакие два электрона не могут занимать одно и то же квантовое состояние.
Принцип Паули
Если вы попытаетесь столкнуть два атома, их электроны упорядочиваются по энергии, чтобы не оказаться в одинаковом состоянии.
Случается, что один энергетический уровень разделяется на два и электроны не вынуждены занимать одно и то же квантовое состояние, а спокойно располагаются на собственном месте.
Если повторить этот процесс с огромным количеством атомов, то вместо двух разных дополнительных уровней вы получите уже огромное количество таких компенсационных уровней.
Тут для нас даже важна позиция, когда электрон окажется где-то между
Теперь ещё интереснее. Если дать электрону нужное количество энергии, он сможет перескакивать между разрешенными уровнями или опускаться на уровни, чтобы испускать при этом энергию. Это базовое явление по сути описывает всю оптику.
Электроны могут поглощать энергию только в том случае, если это переведет их в допустимое энергетическое состояние. Ну а энергию можно передать электрону посредством взаимодействия с фотоном.
Поскольку электроны могут поглощать энергию только в том случае, если она позволяет им перейти на допустимый энергетический уровень. Если вы пропустите через него фотон, у которого достаточно энергии, чтобы отправить электрон только на половину расстояния до запрещенной зоны (читай как позиции между уровнями - по факту запрещенная зона есть такое количество энергии, которого не может физически быть у электрона)... то что произойдет?
Сюда переходить низя
Знаете, самое забавное, что ничего. Фотон не может быть поглощен, потому что если бы электрон его поглотил, он бы перешел в запрещенное состояние. Электрон е сможет получить нужное количество энергии, отвечающее стандартному уровню. А без уровней энергии стандартного диапазона электронов не бывает.
Поскольку электроны могут существовать только внутри уровней, любые фотоны с энергией, не соответствующей допустимому скачку между полосами, просто проходят сквозь материал: они не могут быть поглощены.
Понимаете, да, к чему всё идёт? Прозрачность обеспечивает большое количество фотонов, которые не смогли передать энергию электронам, поскольку те не займут тот или иной энергетический уровень.
Когда видимый фотон проходит через структуру прозрачного материала, ни один электрон не может его поглотить, поскольку в противном случае они окажутся в середине запрещенной зоны.
Поэтому видимый свет проходит сквозь прозрачные материалы, например через стекло. Однако другие длины волн света могут поглощаться. Например, в случае стекла, высокоэнергетический УФ-излучение сможет возбуждать электроны в запрещенной зоне и будет поглощено. Стекло для него не прозрачное.
⚡ Друзья, приглашаю подписаться на мой Телеграм-канал, где я собираю коллекцию хороших познавательных схем и анимашек физических процессов! Полезно полистать перед сном вместо котиков. И отдых, и познание.
В детстве я зачитывался произведениями Эдгара Берроуза про Марс. И были в произведениях порой описания природы Марса. В том числе рассказывалось про небо, которое на планете должно было бы быть красным и не очень похоже на нашу планету.
Вот, например, цитата из одного рассказа:
Может быть, там, на Марсе, небо расцветает в нежном розовом цвете, как грусть, и там вечное сияние звезд окутывает все, как нежный пласт тумана
По произведениям Берроуза, кстати говоря, снят неплохой фильм "Джон Картер". Увы, таких эмоций, как книга, он не передаёт, но посмотреть всё равно приятно. И, что забавно - и книга, и фильм небо на Марсе описывают не совсем правильно. А как правильно?
Что же, прошло время и вот уже астрономы делятся с нами реальными кадрами с самой настоящей красной планеты.
Небо на Марсе в основном оранжевое. На Земле это больше похоже на закат. Но, как ни странно, закаты на Марсе будут голубые - они выглядят скорее как обычное небо на Земле.
Обе планеты имеют черное небо со звездами по ночам. На Марсе гораздо более четкие звезды.
Для того, чтобы небо было абсолютно черным в любое время суток, атмосфера должна быть очень прозрачной, или (как в случае с Луной) не существовать вообще.
Но на Марсе в воздухе много пыли и высокий процент CO2 (а не азота, как у нас на Земле).
Когда солнечный свет проходит через атмосферу, есть два вида явлений, которые определяют, какой свет рассеивается и каким получится в итоге цвет.
Наиболее известным из них является рэлеевское рассеяние. Оно представляет собой механизм рассеивания света от частиц, которые намного меньше длины волны света.
Менее известным является рассеяние Ми. Это механизм, который рассеивает свет от частиц, размер которых превышает длину волны света - капель воды, пылинок и т.д.
Сочетание этих двух эффектов на Марсе сильно отличается от Земли. Это фотография марсианского заката (сделанная одним из марсоходов).
Помимо оранжевого неба и голубого заката - обратите внимание, что солнце выглядит крошечным и тусклым. Оно примерно в два раза дальше, чем здесь, на Земле. Кроме того, вы не увидите Луну, а две луны Марса крошечные и не могут наблюдаться.
Теорий о причинах появления материи существует огромное количество. Вот только в каждой можно найти какой-то подвох и этот подвох заставляет думать, что все предположения есть только лишь догадки. Проблема относится и к "официальным версиям".
Скажем, есть предположение, что вся материя появилась в результате Большого взрыва. Но вот только если даже и принять вероятность такого события как реальный "источник" будущей материи, то вопросов остаётся очень много.
Теория Большого взрыва подразумевает, что в результате некоторого события появилось огромное количество материи из пустоты. Мы помним, что физика не терпит пустоты. Под пустотой в случае обсуждения понималось состояние пространства, которое на самом деле состоит из чего-то, что можно превратить в материю. И тут главный вопрос.
Космическая пустота должна была бы быть заполнена или чем-то типа квантовой пены (что, согласитесь, странно, так как это обрывки сформированной материи), или представлять собой набор некоторых полей, которые можно "накачивать энергией". И то, и другое не является абсолютной пустотой.
Даже если сконцентрироваться на идее существования квантовых полей, то любое поле тоже должно являться некоторым результатом творения.
На каждый из этих вопросов следует дополнение со словом "как". Хорошо, предположим, что материя появилась из квантовой пены. Как и откуда взялась сама пена? Или материя появилась из поля, которое было насыщено энергией из Большого взрыва. Как это работает и как произошло? Предложите модель? Или материя высвободилась из сингулярности. Как конкретно такое случается? Секрет в том, что даже предложив вероятный механизм процесса, физика не может ответить на вопрос как этот механизм конкретно мог отработать.
Официальной версии остаётся отталкиваться от простой логики: Пространство существовало всегда. Время есть свойство пространства как и прочие измерения. Внутри этого пространства есть "функция материи". Согласно этой функции материи можно получить материю в любой точке пространства в ответ на какое-то событие.
Примерно эта логика подтверждается знаменитым Эйнштейновским уравнением, которое прекрасно описывает работу подобного механизма в небольших объемах.
Вспомните про энергию, которая выделяется при делении ядра атома. Эта энергия пропорциональна количеству материи и легко высчитывается. Тут не возникает никаких вопросов.
Но фундаментальное отличие ситуации в том, что при обсуждении уравнений Эйнштейна, некоторое количество материи уже есть. Если бы мы исходили из того, что есть некоторое количество материи в образующейся Вселенной, то и вопросов бы не возникло.
Поэтому, следует проработать два главных вопроса:
Если энергия и правда способна производить материю, то как это могло случиться в пустоте? Значит, Вселенная обладала характеристикой, именуемой пространство с набором функций. Одной из функций пространства является тогда генерация материи при вложении энергии в произвольную точку объема.
Если найти вменяемых подтверждений создания материи в абсолютном вакууме не получается, то следует дальше прорабатывать идею отсутствия времени.
В конечном итоге, если время есть только метрика, то ничто не мешает, например, зациклить всё это в замкнутом объёме единичного пространства. Тогда практически время будет наблюдаться (как у нас), ощущаться и измеряться, но физически будет отсутствовать. Может быть ответ где-то здесь? Но ведь масла в огонь подливает и та мысль, что вечность как таковую представить почти невозможно...Так или иначе, прямого научного ответа на поставленный вопрос точно нет
