Η θετική και αρνητική ενέργεια στο σύμπαν μας

Πολλές φορές λέμε ότι κάποιοι άνθρωποι εμπεριέχουν και διαχέουν γύρω τους «αρνητική ενέργεια». Είναι οι επονομαζόμενοι «τοξικοί» άνθρωποι που κυκλοφορούν ως φυσιολογικοί ανάμεσά μας. Προφανώς αυτή η «αρνητική ενέργεια» δεν πρέπει να συγχέεται με το φυσικό μέγεθος της ενέργειας. Χρησιμοποιείται μεταφορικά για να περιγράψει το γεγονός ότι η παρουσία και η συμπεριφορά των τοξικών ανθρώπων (που αφθονούν στο διαδίκτυο και στους χώρους εργασίας), προκαλεί δυσφορία και αηδία στους γύρω τους.

Η ενέργεια που αντιστοιχεί στην μάζα ενός ανθρώπου, από φυσική άποψη, είναι απόλυτα θετική. Για παράδειγμα, θεωρώντας έναν άνθρωπο μάζας 80 kg, από την δημοφιλέστερη εξίσωση της φυσικής: E= mc^2 , αντικαθιστώντας το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός (c^2 = 9 \cdot 10^{16} \text{ m}^2/\text{s}^2), παίρνουμε: E = 7,2 \cdot 10^{18} \text{ Joules}.

Βέβαια, για να έχει ένας άνθρωπος θετική ενέργεια πρέπει να θεωρηθεί ως απομονωμένο σώμα. Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται έργο για να δημιουργηθεί ένα τέτοιο σώμα. Αν η ενέργειά του ήταν αρνητική, τότε θα μπορούσε να εμφανιστεί αυθόρμητα, αποκτώντας θετική κινητική ενέργεια, έτσι ώστε η ολική του ενέργεια να παραμένει μηδέν και η ενέργεια να διατηρείται. Αλλά τότε θα εμφανίζονταν σώματα εδώ κι εκεί, χωρίς κόστος ενέργειας. Με άλλα λόγια, ο κενός χώρος θα ήταν ασταθής. Επομένως, για να υπάρχει τοπική ευστάθεια στο σύμπαν, ένα απομονωμένο σώμα στο κενό πρέπει να έχει θετική ενέργεια.

Τότε όμως πώς συμβιβάζεται αυτό με την κοσμολογική θεωρία, ότι δηλαδή ολόκληρο το σύμπαν μπορεί να δημιουργήθηκε από το «τίποτα»; Κι εδώ μπαίνει στο παιχνίδι μια αλληλεπίδραση με ένα μοναδικό χαρακτηριστικό: η βαρύτητα. Η βαρύτητα είναι ελκτική και η βαρυτική δυναμική ενέργεια είναι αρνητική. Θυμάστε στο λύκειο που ο φυσικός σάς μάλωνε αν ξεχνούσατε το αρνητικό πρόσημο στη βαρυτική δυναμική ενέργεια; Χρειάζεται να καταναλώσουμε ενέργεια για να απομακρύνουμε έναν πλανήτη από το άστρο του ή έναν άνθρωπο από το βαρυτικό πεδίο της Γης. Άρα, από την μία έχουμε αρνητική βαρυτική ενέργεια και από την άλλη, θετική ενέργεια για να δημιουργηθεί ένα απομονωμένο σώμα. Θα μπορούσαμε λοιπόν, κατ’ αρχήν, να έχουμε ολική ενέργεια μηδέν. Καλό ακούγεται· αλλά ας δούμε λίγο αν δουλεύουν οι αριθμοί.

Θα υπολογίσουμε την αρνητική βαρυτική δυναμική ενέργεια που έχει ο άνθρωπος λόγω της έλξης του από τη Γη και θα την προσθέσουμε στην θετική του ενέργεια που υπολογίσαμε προηγουμένως: E = mc^2 - G \dfrac{m \cdot M_{\Gamma}}{R_{\Gamma}}. Χρησιμοποιώντας την μάζα της Γης 6 \cdot 10^{24} \text{ kg} και την ακτίνα της 6,4 \cdot 10^6 \text{ m}, παίρνουμε: E = (7,2 \cdot 10^{18}) - (0,000000005 \cdot 10^{18}) \approx 7,2 \cdot 10^{18} \text{ Joules}. Bλέπουμε ότι η βαρύτητα της Γης είναι πολύ μικρή για να φτάσει την ενέργεια ενός ανθρώπου. Γι’ αυτό καμία μάζα, ούτε άνθρωπος (έστω και τοξικός), δεν μπορεί να εμφανιστεί αυθόρμητα δίπλα μας. Το κενό τοπικά είναι ευσταθές.

Τώρα, ας εξετάσουμε τον ίδιο ακριβώς άνθρωπο, αλλά σε κοσμολογική κλίμακα, δηλαδή να υπολογίσουμε την αρνητική βαρυτική του ενέργεια εξαιτίας της αλληλεπίδρασής του με ολόκληρο το παρατηρήσιμο σύμπαν συν την θετική του ενέργεια: E = mc^2 - G \dfrac{m \cdot M_{\Sigma}}{R_{\Sigma}}. Χρησιμοποιώντας τις τιμές για την μάζα του σύμπαντος M_{\Sigma} \approx 1,67 \cdot 10^{53} \text{ kg} και την ακτίνα του R_{\Sigma} = c/H \approx 1,3 \cdot 10^{26} \text{ m}(*), προκύπτει: E \approx 0.

Εδώ συμβαίνει κάτι εντυπωσιακό. Σε αντίθεση με το βαρυτικό πεδίο της Γης, οι δύο ενέργειες έχουν την ίδια τάξη μεγέθους, ώστε το άθροισμά τους να είναι μηδέν. Δηλαδή, η βαρύτητα του σύμπαντος είναι ικανή να καλύψει την απαιτούμενη ενέργεια για την δημιουργία μιας μάζας m (ακόμα και ενός ανθρώπου).

Και στην κλίμακα ολόκληρου του σύμπαντος, η θετική ενέργεια της ύλης μπορεί να εξισορροπηθεί από την αρνητική βαρυτική ενέργεια, έτσι ώστε να μην έχουμε καμία προφανή παραβίαση του νόμου διατήρησης της ενέργειας, που θα απαγόρευε την δημιουργία του σύμπαντος από το τίποτα. Αν και οι παραπάνω υπολογισμοί είναι μόνο ενδεικτικοί, υποστηρίζουν την ιδέα της κοσμολογίας: ότι η συνολική ενέργεια του σύμπαντος ίσως είναι μηδενική.

Μπορεί δηλαδή να ισχύει αυτό που είχε πει ο Edward Tryon, ότι «το σύμπαν μας είναι απλά ένα από εκείνα τα πράγματα που συμβαίνουν πού και πού«.

Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. Δημήτρης Νανόπουλος «Ο Κβαντικός Μύθος του Σισύφου», εκδόσεις Πατάκη
2. Is the Universe a Vacuum Fluctuation? Edward P. Tyron

(*) Θεωρήσαμε ως ακτίνα του σύμπαντος την ακτίνα Hubble, η οποία είναι μια χαρακτηριστική κλίμακα μήκους του διαστελλόμενου σύμπαντος, πέρα από την οποία η ταχύτητα απομάκρυνσης λόγω της διαστολής υπερβαίνει την ταχύτητα του φωτός.



Κατηγορίες:ΒΑΡΥΤΗΤΑ, ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΣΥΜΠΑΝ

Ετικέτες: ,

Σχολιάστε

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.