Чайник потребляет больше энергии, чем гравитационное взаимодействие Солнца и Земли⁠⁠

Чайник потребляет больше энергии, чем гравитационное взаимодействие Солнца и Земли

Автор: Алик Гайнетдинов

Гравитация слабее, чем кажется

Не верите? Но это факт: система «Земля–Солнце» теряет на гравитационные волны всего около 200 Вт мощности – примерно как две лампочки. Для сравнения, обычный электрический чайник потребляет в розетке в 5–10 раз больше (1–2 киловатта). Выходит, ваш чайник “мощнее” гравитационного притяжения планеты и звезды – по крайней мере, в смысле энергий, которые они излучают друг на друга в виде гравитационных волн.

Конечно, гравитация держит Землю на орбите, и сила притяжения Солнца колоссальна. Но энергетически это взаимодействие крайне “тихое”. Земля обращается вокруг Солнца практически без потерь – всего 200 джоулей в секунду уходит в гравитационные волны. Эта крошечная утечка энергии настолько несущественна, что Земле понадобилось бы время, во много раз превышающее возраст Вселенной, чтобы спирально упасть на Солнце из-за гравитационного излучения. Иными словами, гравитационные волны в нашей солнечной системе – это мизерно слабый “шёпот” пространства-времени.

Почему же при такой сильной силе притяжения энергетические потери столь малы? Дело в природе гравитации. Ещё Исаак Ньютон представлял гравитацию статической силой притяжения, действующей мгновенно на расстоянии. Альберт Эйнштейн перевернул наше понимание: в его общей теории относительности гравитация – не просто сила, а искажение пространства и времени массой, и изменения гравитационного поля распространяются в виде волн с конечной скоростью света. Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн в 1916 году, но сам сомневался, что мы когда-либо сумеем их обнаружить – уж слишком слабыми они казались. И действительно, в обычных условиях гравитационные волны почти ничтожны.

Гравитационные волны становятся заметными только в совершенно экстремальных ситуациях. Так, первая прямая регистрация гравитационных волн произошла лишь в 2015 году: детектор LIGO уловил слияние двух чёрных дыр на расстоянии миллиардов световых лет. В тот миг две чёрные дыры испустили гравитационную вспышку колоссальной мощности – порядка 3.6×10^49 ватт! Это в десятки раз больше, чем излучают все звёзды во всей видимой Вселенной, но длилось доли секунды. Только столь чудовищное событие и позволило “раскачать” пространство-время достаточно, чтобы мы заметили колебания. На этом фоне 200-ваттное гравитационное шептание системы Земля–Солнце просто ничтожно. Наше светило и планета излучают слишком долгие и слабые гравитационные волны – невооружённо их не обнаружить.

LORDISM : гравитация как излучение отсутствия энергии

Так что же скрывается за этой слабостью? Здесь и вступает на сцену смелая гипотеза LORDISM (Local Reality Dynamics Invariant Symmetry Model). Согласно этой идее, гравитация – это такое же излучение, как свет или радио, только с невероятно большой длиной волны и малой частотой. Другими словами, притяжение между телами – это не мистическая мгновенная сила (как у Ньютона) и не просто геометрия (как у Эйнштейна), а своего рода радиоволна чудовищно низкой частоты, которая пронизывает пространство.

Почему же мы не замечаем этих волн? Потому что излучать их чрезвычайно трудно. Представьте себе “антенну”, способную испускать волну длиной в миллионы километров – её пришлось бы сделать размером с планету и закачать энергией, близкой к энергии чёрной дыры на грани коллапса. LORDISM утверждает, что сами массивные объекты и есть такие “передатчики”. Однако они излучают не благодаря избытку энергии, а наоборот – благодаря её нехватке!

Здесь кроется самый парадоксальный тезис LORDISM: материя – это отсутствие энергии. Вся Вселенная, согласно этой идее, изначально заполнена колоссальным “океаном” энергии, а частицы материи – это места, где этой энергии не хватает. Такой подход переворачивает наше интуитивное понимание (ведь мы привыкли, что материя содержит энергию E=mc^2). Но LORDISM подразумевает, что помимо энергии, “запертой” в массе, есть еще фоновая энергия самого вакуума. И там, где появилась материя, вакуум теряет часть своего содержимого – образуется энергетическая ямка, своего рода энергетический “вакуум” внутри вакуума.

Из-за этого вокруг масс возникает не давление, а тяга – окружающее пространство стремится заполнить дефицит энергии, “вытолкнуть” энергию в пустую ячейку. Получается сила притяжения, направленная на восполнение нехватки. Проще говоря, если обычное излучение – это когда избыток энергии уходит волной наружу, то гравитация в LORDISM – когда энергия приходит извне внутрь, стремясь заполнить “дырку” в материи. Вектор энергии направлен в одну сторону, а сила – строго в противоположную (к дефициту). Поэтому два объекта с массой притягиваются: каждый является областью пониженной энергетической плотности, и окружающий фон как бы сдавливает их друг к другу.

Звучит футуристично, однако некоторые аналогии уже известны науке. Например, внутри атомов 99.9999999% объёма – это пустота. Вся твёрдость и масса сосредоточены в микроскопическом ядре, а остальное пространство ничем “не заполнено” в классическом понимании. Если убрать пустое пространство внутри атомов, всё человечество можно спрессовать до размера сахарного кубика – настолько материя разрежена! Не удивительно, что гравитация такая слабая: она цепляется лишь за эти крупицы вещества на фоне огромного объёма пустоты.

Но пустота – не значит ничто. Современная физика открыла, что вакуум кипит энергией. В нём постоянно возникают и аннигилируют виртуальные частицы – так называемые квантовые флуктуации. Пара параллельных пластин в вакууме даже ощутит крошечное притяжение друг к другу, потому что между ними немного меньше виртуальных фотонов, чем снаружи – вакуумное давление снаружи сильнее и сдвигает пластины. Этот известный квантовый феномен называется эффектом Казимира.

Схема, иллюстрирующая эффект Казимира: между двумя параллельными металлическими пластинами (справа) могут существовать не все виды электромагнитных квантовых колебаний (короткие волны “не помещаются”), в отличие от открытого пространства вне пластин (слева). В результате разности давлений вакуумных флуктуаций пластины испытывают слабую силу притяжения друг к другу.

Эффект Казимира наглядно демонстрирует: вакуум обладает физическими свойствами и энергией, даже если там нет обычной материи. По расчетам квантовой теории, каждый кубический метр “пустого” пространства несет колоссальную нулевую энергию – оценки доходят до 10^113 джоулей! Это астрономически больше, чем мы наблюдаем (фактически видимая вакуумная энергия – порядка 10^-9 Дж/м^3, связанная с темной энергией). Физики ломают голову, куда деваются эти 10^113 Дж – разница в 122 порядка величины известна как “проблема космологической постоянной”. LORDISM предлагает смелое объяснение: никуда не деваются. Эта чудовищная энергия распределена повсюду, мы ее не чувствуем из-за равномерности, а гравитация – это как раз крошечные отклонения от этой нормы. Материя – те самые редкие “дыры” в море энергии, из-за которых возникает маленькая разница давлений и появляется сила притяжения, подобно тому как эффект Казимира тянет пластины.

Заметим, такая картина прекрасно коррелирует с известной физикой. Общая теория относительности Эйнштейна давно говорит: время течёт медленнее там, где сильнее гравитация (глубже “в яме” потенциала). К примеру, атомные часы на спутниках GPS в высоком орбите идут быстрее на ~45 микросекунд в сутки, чем на поверхности Земли, из-за более слабой гравитации на высоте. И наоборот, вблизи массивного объекта (где вакуум как бы “опустошён” его массой) время растягивается. В терминологии LORDISM – там не хватает энергии для привычного хода времени и света, поэтому процессы замедляются. Выходит, где материя “съела” часть вакуумной энергии, там удлиняются секунды и метры, и свет распространяется чуть медленнее. Именно это мы и наблюдаем как гравитационное замедление времени и кривизну пространства. Такая параллель придаёт идее LORDISM определённую правдоподобность: она словно добавляет квантово-энергетическое “объяснение” тому, что в Эйнштейновой теории описывается геометрией.

Конечно, LORDISM пока не является общепризнанной теорией. Это набор идей на стыке квантовой механики и гравитации, который требует строгих уравнений и экспериментальных подтверждений. Никто ещё не «взвесил» вакуум напрямую, не измерил отсутствующую энергию внутри протона. Эти идеи звучат дерзко, но что важно – их пока и не опровергли. LORDISM привлекает внимание тем, что предлагает свежий взгляд на старую проблему единой теории поля. Возможно, со временем учёные проверят эти мысли в лабораториях или астрономических наблюдениях (например, найдя тонкие аномалии во времени и расстоянии вокруг масс). Если вдруг подтвердится, что гравитация действительно связана с “вакуумным давлением”, это будет революция сравнимого масштаба с появлением теории относительности или квантовой механики.

Квантовые чудеса: от телепортации до кротовых нор

Идеи вроде LORDISM побуждают смотреть шире на физическую реальность. Да и сама квантовая физика уже разрешает феномены, от которых кругом идёт голова. Например:

Квантовая спутанность и телепортация. Частицы могут образовывать единую систему даже на расстоянии – изменение состояния одной мгновенно отражается на другой. Эйнштейн называл это «жутким действием на расстоянии». Сегодня учёные умеют использовать спутанность для передачи квантовой информации: уже проведены эксперименты по квантовой телепортации фотонов на сотни километров. То, что раньше было фантастикой из «Стар Трека», становится научной реальностью (пусть пока и на уровне квантовых состояний, а не людей).

Квантовое туннелирование. В микромире частица способна проходить сквозь энергетические барьеры, как призрак сквозь стену. Электрон может “просочиться” через запрещённый классической физикой барьер – именно так работает электроника в микрочипах и так же протекают термоядерные реакции в недрах Солнца (протоны туннелируют через кулоновский барьер, позволяя водороду сливаться в гелий). Квантовое туннелирование – не курьёз, а фундаментальное свойство природы. В теории, даже вы сами имеете ненулевой шанс квантово туннелировать через стену в соседнюю комнату – правда, настолько мизерный, что за всю историю Вселенной этого не случалось. Тем не менее, возможность принципиально не запрещена!

Отрицательная энергия и кротовые норы. Квантовые поля допускают области с отрицательной плотностью энергии – об этом мы говорили на примере эффекта Казимира, где вакуум между пластинами “энергетически беднее” внешнего. Теоретически, такие экзотические состояния материи могли бы стабилизировать кротовые норы – тоннели в пространстве-времени, связывающие отдалённые точки и даже разные вселенные. Известный физик Кип Торн в 1980-х рассчитал, что для удержания горловины червоточины открытой нужна именно отрицательная энергия (иначе она мгновенно схлопывается). Квантовая теория не запрещает её — малые порции уже наблюдались (в том же эффекте Казимира). Значит, путешествия во времени и пространстве через кротовые норы – не чистая фантастика, а условно допустимая возможностью идея. Пока человечество не умеет получать и контролировать достаточно “отрицательной энергии”, но LORDISM вдохновляет думать, что в будущем, освоив природу вакуума, мы сможем творить и такое.

Вместо заключения хочется сказать: наш мир удивительнее любых вымыслов. Ещё сто лет назад наука считала пространство и время абсолютными – и ошибалась. Кто знает, не окажется ли и гравитация в итоге побочным эффектом чего-то более глубокого – например, того самого всепроникающего вакуумного «эфира» энергии, о котором говорит LORDISM? Пока это лишь теория, но она заставляет задуматься. А проверяя смелые гипотезы, мы продвигаемся вперёд. Возможно, однажды утренний чайник действительно поможет раскрыть квантовые тайны гравитации – по крайней мере, он уже сегодня кипит гораздо энергичнее, чем гравитационные волны между Землей и Солнцем!

Источник: Над вдохновением для статьи работала гипотеза LORDISM и открытые данные современной физики (LIGO, NASA, etc.). Все факты проверены по авторитетным источникам: мощность гравитационного излучения Земля–Солнце (~200 Вт) подтверждена расчётами, масштабы квантовой пустоты оценены экспертами, а экзотические квантовые эффекты описаны в научной литературе. Science never stands still – ещё вчера невозможное сегодня становится фактом, и, глядишь, самые сумасшедшие идеи окажутся ключом к новой физике.