Возможно ли, что вся материя во Вселенной возникла из ничего?

Ответ в решающей степени зависит от того, что подразумевается под ничем . Из философского ничего ничего не выходит.

Но для физика ничто есть нечто , т. е. есть по крайней мере физический закон и все, что ему подчиняется.

Например, материя и антиматерия могут материализоваться из «вакуума» и, в некотором смысле, это нечто (материя) из ничего (не материя). Но это предполагает существование квантовых полей и управляющих ими законов.

Итак, ваш вопрос на самом деле гораздо более тонкий (и древний), чем вы можете понять в данный момент.

Вы открываете коробку и говорите: «В ней ничего нет». На строгом математическом (математическо-логическом) языке вы имеете в виду следующее:

Но «ничего» — это существительное, поэтому кажется, что вы можете оперировать им, как если бы оно было объектом. Ну, это неправильное чувство.

Просто попробуйте строго сформулировать утверждение «Вселенная могла возникнуть из ничего». Я могу получить только что-то вроде:

Поскольку существует такой закон, как гравитация, вселенная может и будет создавать себя из ничего. Спонтанное творение является причиной существования чего-то, а не ничего, почему существует вселенная, почему мы существуем,

Хокинг пишет.

http://www.phenomenica.com/2010/09/hawking-god-did-not-create-universe.html

но другой вопрос, почему наша вселенная имеет законы физики?

Нет. Уравнение Фридмана говорит, что относительная скорость расширения растет с плотностью энергии. Если бы плотность энергии действительно была равна нулю и не было кривизны, тогда Вселенная (или ее отсутствие) просто сидела бы на месте.

Квантовые флуктуации (аннигиляции антиматерии + материи) вакуума не имеют нулевой энергии. По сути, они действуют как космологическая постоянная или темная энергия. Одна из загадок современной физики заключается в том, почему энергия вакуума намного меньше, чем мы ожидаем. Если мы установим планковскую длину в качестве шкалы отсечки УФ-излучения, энергия вакуума будет примерно на 120 порядков более плотной, чем наблюдаемое количество темной энергии. Так что должно быть что-то (симметрия, голография и т. д.), что сводит это к ограничениям наблюдения.

Большая часть идеи о «вселенной, возникшей из ничего» основана на наивном представлении о том, как должно вести себя время. В недавней работе Ясунори Номура он описывает, как мультивселенная может рассматриваться как внутренне статическая. Волновая форма мультивселенной полностью стационарна и не эволюционирует.

Он описывает, что концепция «времени» (и связанные с ней понятия причинности) связаны с концепцией упорядоченных и неупорядоченных состояний (см. пример со стулом на стр. 8). Вся мультивселенная в целом не нуждается в развитии, только вероятности внутри одной вселенной.

Глядя на предыдущие ответы на этот вопрос, я решил поддержать ответы Альфреда Центавра и Хвлина и сделал пару критических замечаний в другом месте. Однако я думаю, что никто не ответил правильно на энергетический аспект первоначального вопроса, поэтому я сделаю это.

Основная идея состоит в том, что из-за гравитационного притяжения друг к другу звезды, галактики и т. д. имеют форму энергии связи, которую можно назвать отрицательной потенциальной энергией, и это, предположительно, могло бы сбалансировать количество энергии покоя и кинетической энергии во Вселенной. , поэтому сумма получается нулевой. В простой классической картине посмотрите на ситуацию с двумя точечными массами.$M$а также$m$, удаляясь друг от друга. Полная энергия

$E_{\rm tot} = \frac{1}{2} M v_1^2 + \frac{1}{2} m v_2^2 - \frac{G M m}{r}$

Может случиться так, что эта сумма равна нулю. Когда это происходит, мы говорим, что относительная скорость масс как раз равна скорости убегания, связанной с их начальным разделением.$r$. Теперь, конечно, космология ранней Вселенной должна ссылаться на общую теорию относительности и квантовую физику, но, тем не менее, именно это и утверждается в утверждениях об энергии. Основным новым ингредиентом является энергия покоя, поэтому мы получаем что-то вроде

$E_{\rm tot} = \gamma_1 M c^2 + \gamma_2 m c^2 - (\mbox{G.R. version of}) \frac{G M m}{r}$

и снова эта сумма может быть равна нулю. В ранней Вселенной гравитационная часть стремится к отрицательной бесконечности, если вы позволите$r$стремятся к нулю, но, конечно, эта формула не совсем правильная. Вычисления, основанные на квантовой физике, в принципе могли бы справиться с сингулярностью, но сейчас мы углубляемся в темы, в которых наши знания далеки от уверенности (популярные книги имеют тенденцию быть здесь слишком уверенными; на мой взгляд, это бесполезно).

Я бы сказал, что было бы интересно, если бы такой расчет энергии оказался нулевым для Вселенной в целом. Но, конечно, это ОЧЕНЬ далеко от любого решения о происхождении Вселенной. В этом контексте утверждение «полная энергия равна нулю» — это просто способ сказать, что «энергии покоя и кинетической энергии как раз достаточно, чтобы позволить различным предметам перемещаться на большое расстояние друг от друга против их дальнодействия». гравитационное притяжение».

Как только кто-то это увидит, я поймаю себя на следующем вопросе: «Почему такое положение дел? Почему такая конфигурация?» Это конфигурация с чрезвычайно низкой энтропией.

В заключение, здесь есть несколько вопросов, связанных вместе. Одно — это энергия, другое — энтропия, а третье — забота и внимание к философскому языку, когда мы обращаемся к метафизическим терминам, таким как «ничто» и «существование».

На самом деле пока нет ответа на заданный вопрос, потому что законы квантовой гравитации неизвестны. Так что мы действительно не знаем, что произошло.

Вы говорите, что

Если да, то чем компенсируется полная энергия вещества?

тогда вы говорите, что

Да, я смотрел лекцию Лоуренса Краусса.

Я хочу сказать, что если вы посмотрите хотя бы одну из его полных лекций на эту тему, подобную этой , вы получите свой ответ.

тогда возможно ли, чтобы вся материя во Вселенной могла возникнуть из ничего?

Ответ на вышеприведенный ответ - ДА, как уже резюмировал @juanrga.

Как говорит профессор Краусс, не только материя, но и само пространство-время могут возникнуть, если мы смешаем гравитацию с квантовой механикой .

На данный момент не существует физической теории, способной продемонстрировать создание вселенной из ничего; что еще хуже, нет никакой теории, способной пройти до Большого взрыва (если там что-то есть или ничего). Общая теория относительности дает очень математическое решение вопроса в терминах существования решений уравнения Эйнштейна; но это вряд ли дает какое-либо физическое понимание. Однако есть надежда, что теория струн сможет преодолеть трудности, возникающие из-за сингулярностей (в общерелятивистском смысле этого слова) при Большом взрыве и до него. Но даже если это произойдет и теория струн даст некоторые описания Вселенной до Большого взрыва, вопрос о возвращении назад во времени, к какому-то началу или чему-то подобному, останется загадочным, если только теория струн не найдет более интересных вещей.

Как физик-любитель и очень терпеливый физик, я считаю, что нам нужно подождать, пока новые идеи о пространстве-времени (включая понятия «эмерджентного пространства-времени», которые поддерживаются исследованиями теории струн) станут более зрелыми, и, надеюсь, ножи достаточно заточены, чтобы анализировать сложные проблемы, касающиеся создания/существования Вселенной.

Это возможно, хотя и предположительно. Это космологическая модель бесплатного обеда. В такой модели предполагается, что положительная энергия материи компенсируется отрицательной энергией гравитационного «поля», что дает суммарную нулевую энергию.