Вселенная с бесконечной энергией

Ответ на этот вопрос очень зависит от деталей. Есть много способов приблизиться к этому, и они приводят к очень разным результатам.

Первый вопрос заключается в том, была ли у вас когда-нибудь бесконечная плотность энергии. Это приводит к нарушению всех видов уравнений по тем же причинам, по которым голая сингулярность нарушает все законы физики. Поскольку в теории относительности энергия и масса переплетены, это также подразумевало бы бесконечную массу, что вызывает еще больше проблем. Более чем вероятно, что ответ на это таков: «физика этой вселенной совершенно и совершенно не связана ни с чем в этой вселенной». Такого рода вещи проявляются только в моделях Большого взрыва, и мы с готовностью признаем, что это всего лишь модели, описывающие то, что могло произойти. Если бы такие сингулярности были обнаружены в нашей Вселенной, это было бы большим событием.

Другим вариантом было бы иметь бесконечную энергию, но конечную плотность энергии. Если у вас есть бесконечное пространство, вы можете это сделать. Это можно сделать несколькими способами. Один из подходов состоит в том, чтобы сделать всю вселенную «теплой», чтобы во всех точках была доступна некоторая базовая энергия, позволяющая происходить изменениям с течением времени. Эта энергия, однако, может быть недоступна для выполнения термодинамической работы. Если эта энергия находится в виде отработанного тепла, то вы не можете использовать ее для работы.

Другой подход состоял бы в том, чтобы иметь бесконечную энергию в форме, пригодной для работы. Для этого нам пришлось бы отбросить законы термодинамики . Законы термодинамики, с которыми мы так хорошо знакомы, применимы только к системам, находящимся в тепловом равновесии, и вы сможете гарантировать, что Вселенная никогда не достигнет равновесия. На данный момент область неравновесной термодинамики является очень открытым полем. Мы постоянно удивляемся результатам, полученным в этой области, поэтому я не буду строить догадки о том, что может произойти.

Вы можете уменьшить плотность энергии по мере того, как будете удаляться от какой-то магической «исходной» точки. В этом случае вы могли бы построить вселенную, в которой вы могли бы просто существовать вечно, потому что вы всегда сможете найти градиент энергии, что является ключевым требованием для выполнения механической работы. Это было бы отклонением от нашей физики, потому что в этом мире «мы не можем определить положение Божьего Трона в пространстве». Нет точки, которая была бы более центральной, чем любая другая, или более «фиксированной» в пространстве.

Последним интригующим вариантом было бы изменение граничных условий. Обычно мы предполагаем, что энергия приближается к 0 по мере того, как мы удаляемся. Однако у вас может быть колеблющееся граничное условие, в котором энергия постоянно продолжается в повторяющемся образце.

Это довольно интересно, потому что у нас есть примеры этого в мире симулированных автоматов. Одним интересным классом являются одномерные элементарные клеточные автоматы. Это смоделированные автоматы, состоящие из ряда ячеек, которые либо живы, либо мертвы, и меняют состояния на каждом временном шаге в зависимости от своего состояния и состояния двух своих соседей. Обычно они известны по номеру «правила», который представляет собой число, описывающее всю функцию эволюции автоматов. Один из них, Правило 110 , особенно красив и интересен:

На этих рисунках верхняя строка — это «начальное состояние», а каждая последующая строка — это новое поколение, созданное с применением правил правила 110. Все, что вам нужно сделать для любой клетки, — это посмотреть на ее левого соседа, на саму себя и его правый сосед, и замените состояние центральной ячейки, используя следующее правило.

current pattern             111  110  101  100  011  010  001  000
new state for center cell    0    1    1    0    1    1    1    0

Что интересно в этом, так это узор из маленьких треугольников размера 3, которые создают «фон» для правила 110. Это фактически появляется, пока у вас есть хотя бы 1 «живая» ячейка в вашем начальном состоянии. Соответственно, обычно исследуют движение более красивых треугольников на бесконечном повторяющемся массиве этих треугольников размера 3.

Это соответствовало бы осциллирующему граничному условию. Все «интересное» в этом мире может предполагать, что будет непрерывный приток энергии от этого соприкосновения, которую можно использовать.

Как оказалось, Правило 110 считается особенным, потому что оно завершено по Тьюрингу! Верно. Все, что вы можете делать на своем компьютере, можно смоделировать с помощью этих маленьких треугольников. Они заставляют их потоки сталкиваться очень специфическими способами для выполнения операций, используя нечто, называемое системой циклической маркировки.

Между прочим, это очень похоже на правило, которое мы встречаем в природе, Правило 30. Правило 30:

current pattern            111  110  101  100  011  010  001  000
new state for center cell   0    0    0    1    1    1    1    0

Мы видим это у улиток-конусов, используемых в качестве маскировки.

Итак, вкратце, бесконечная энергия меняет все, но есть способы, с помощью которых ее можно сохранить управляемой, например, наличие осциллирующих граничных условий. Некоторые из этих случаев даже имеют действительно интересное поведение!

Вы должны сделать распределение энергии во Вселенной однородным. В вашей вселенной нет большого взрыва, вселенная возникла в одно мгновение и не имеет границ. Ваша вселенная не расширяется, но и не коллапсирует; поскольку темная энергия, подобная нашей Вселенной, препятствует этому.

Одна из гипотез того, чем может быть «темная материя» в нашей Вселенной, — это параллельная Вселенная, которая пересекается с нашей Вселенной. Гипотеза утверждает, что гравитация может проникать через параллельные вселенные, но не более того.

Ну, а как насчет того, чтобы в вашей Вселенной позволить какой-то форме энергии проникнуть через пересечение между нашей Вселенной и другой (неважно, какой тип энергии, так как энергия может передаваться. Например, энергия в виде ИК-волн в нагреть воду, чтобы вращать массивные космические турбины). То, что мы считаем безграничной энергией, является «темной энергией», украденной из другой Вселенной. Возникает вопрос, что произойдет, когда эта Вселенная узнает?

Чтобы допустить бесконечную энергию в вашу вселенную, вам просто нужно иметь что-то , что создает энергию из ничего. Унобтаниум, магия или какое-то конкретное физическое свойство или реакция, которая производит энергию из ничего, сделает количество доступной энергии бесконечным, но при этом позволит использовать ее.

Важно различать «энергию» и «доступную энергию» — как уже указывалось, если вселенский ток содержит бесконечное количество энергии, то ничего не может произойти; оно застыло в вечном застое лихорадочного движения, в котором ничто не может жить.

Если, в качестве альтернативы, вы сделаете общее текущее количество энергии конечным, но позволите ему неограниченно увеличиваться, то вы можете получить вселенную, которая очень похожа на нашу, но допускает возможность того, что материя — и жизнь — могут существовать вечно. (см.: тепловая смерть ).

То же самое и с космосом. Если бы в вашей вселенной было бесконечное количество текущего пространства, мы бы уже находились в состоянии тепловой смерти; вместо этого у нас есть материя, постепенно расширяющаяся, так что фактически объем пространства увеличивается. Оно может увеличиваться, а может и не увеличиваться бесконечно; мы еще не знаем (см.: Big Crunch ).