Tässäpä muutama visainen ongelma:
Energiaperiaate on yksi termodynamiikan peruslaieista; eristetyn systeemin energia pysyy vakiona. (Eristetystä systeemistä ei poisto energiaa eikä ainetta, eikä niitä tule systeemiin.)
1900- luvulla todettiin, että maailmankaikkeus laajenee. Ymmärtääkseni laajeneminen tapahtuu siten, että vakioajassa mikä tahansa etäisyys kasvaa tietyllä vakiokertoimella, ellei mikään voima sitä estä; siis eksponentiaalisesti: etäisyyden kasvunopeus on suoraan verrannollinen etäisyyteen.
Voidaan kuvitella avaruuteen pitkä tanko, niin pitkä, että maailmankaikkeuden laajeneminen on merkittävää ja havaittavissa. Jotta tangon painopiste pysyisi paikallaan, on tangon molempien päiden liikuttava painopistettä kohti kumoamaan laajeneminen. Siis, vaikka tanko onkin levossa, sen molemmat päät liikkuvat tangon painopistettä kohti, siis vastakkaisiin suuntiin. (Tanko ei laajene maailmankaikkeuden laajenemisen mukana, koska tankoa koossapitävät voimat estävät sen.) Toisin sanoen tangon päät liikkuvat toisiaan kohti tulematta silti yhtään lähemmäs (ts. tangon pituus ei muutu)
Oletetaan, että tangon molemmissa päissä olisi kontrollipisteet. Tangon toisesta päästä lähetetään kappale kohti toista päätä kappale liikkuu suhteessa tangon painopisteeseen samalla nopeudella, kuin tangon lähtöpää (plus pieni alkunopeus). Maailmankaikkeus laajenee tangon toiseen pään ja kappaleen välillä suoraan suhteessa niiden etäisyyteen. Näinollen kappale liikkuu suhteessa toiseen päähä kiihtyvästi, sillä painopisteen ja kappaleen etäisyys (, josta laajeneminen riippuu) pienenee koko ajan. Näinollen kappale kiihtyy koko ajan, ja toisessa kontrollipisteesä todetaan kappaleen liike-energian suhteessa tankoon kasvaneen. Tämä voidaan toistaa toisinpäin pysäyttämällä kappale, ottamalla liikeenergia, ja kääntämällä kappale toiseen suuntaan. Energiaa syntyy siis tyhjästä?!!
Missä vika?
Vastaava ongelma voidaan todeta myös kutistuvilla maailmankaikkeuksilla.
Fysikaalinen vuorovaikutus (käytännössä niitä edustavat sähkömagneettinen- ja gravitaatiovuorovaikutus) etenee valonnopeudella. Etäisyyksien ollessa pieniä tällä ei ole käytännön merkitystä, mutta valovuosien päässä olevalta tähdeltä tuleva vuorovaikutus (esim. valo) tulee tänne vasta vuosien kuluttua sen lähtemisestä
Voidaan kuvitella laite, joka koostuu kahdesta sähkömagneetista, jotka ovat hyvin kaukana toisistaan. Magneetti 1 kytketään päälle, kun sieltä havaitaan, että magneetti 2 ei ole päällä. Magneetti 2 taas kytketään päälle, kun sieltä havaitaan, että magneetti 1 on päällä. Magneetit säädetään siten, että päällä ollessaan ne vetävät toisiaan puoleensa.
Käynnistetään laite. Magneetti 1 kytkeytyy päälle. Kun vuorovaikutus saavuttaa magneetin 2, se kytkeytyy päälle. Magneetti 2 alkaa kiihtyä kohti magneettia 1. Magneetti 1 kuitenkin pysyy paikallaan, sillä magneetin 2 vuorovaikutus ei ole vielä ehtinyt magneetin 1 luo. Kun se ehtii, magneetti 1 sammuu. Magneetti 1 pysyy edelleen paikallaan, magneetti 2 kiihtyy kohti magneettia 1, sillä vuorovaikutuksen loppuminen ei ole vielä ehtinyt magneetin 2 luo. Kun näin käy, magneetti 2 sammuu, ja kun magneetti 1 havaitsee sen, se käynnistyy, ja sykli alkaa alusta.
Magneetti 1 ei siis liiku minnekään, mutta magneetti 2 kiihtyy kohti magneettia 1. Liikemäärä ei siis ole säilynyt vakiona?
Missä vika?
Albert Einsteinin suhteellisuusteorian eräs seuraus on, että energialla on massa. Tällöin myös potentiaalienergialla pitäisi olla massa.
Mutta painovoiman kohdalla törmätään ongelmaan. Oletetaan ensin, että painovoiman potentiaalienergialla on massa. Tällöin painovoimakentässä vapaasti putoavalle kappaleelle pätee mekaanisen energian säilymisen laki: Kineettinen energia + Potentiaalienergia pysyy samana. Tällöin kappaleen kokonaisenergia ei muutu, joten myös kokonaismassa säilyy samana. Tästä seuraa ongelma valonnopeuden ylittämättömyyden ja sitä kautta myös energiaperiaatteen kanssa:
Perusfysiikassa opetetaan, ettei kappaleen putoamiskiihtyvyys painovoimakentässä riipu sen massasta. Tämän voi myös todeta johtamalla tämän yleisestä gravitaatiolaista. Tämä pätee niin kauan, kun massa on vakio, vaikka se olisikin mielivaltaisen suuri (Voima on liikemmäärän derivaatta ajan suhteen, joten massan ollessa vakio saadaan dp/dt = m * dv/dt, mutta jos massa ei ole vakio saadaan osittaisderivoinnilla dp/dt = m*∂v/∂t + v*∂m/∂t).
Albert Einstein osoitti kuitenkin, ettei mikään kappale voi kiihtyä valonnopeutta nopeampaan liikkeeseen, sillä nopeuden kasvaessa kappale tulee raskaammaksi (nopeus on energiaa, jollan on massa), ja näin tarvittaisiin äärettömästi energiaa kiihdyttämään kappale valonnopeuteen.
Siis, jos putoamisen aikana massa pysyy vakiona, pysyy kiihtyvyyskin vakiona. Tällöin sopivissa olosuhteissa (esim. nopeasti liikkuva kappale lähestyy voimakasta painovoimakeskusta, kuten mustaa aukkoa) pitäisi putoavan kappaleen ylittää valon nopeus(!). Koska tällöin kappaleen kineettinen energia olisi ∞, olisi kappaleen potentiaalienergia -∞.
No, koska painovoimakentän potentiaalienergian massan olemassaolo johtaa ristiriitaan valonnopeuden ja energiaperiaatten kanssa, oletetaan, ettei painovoimakentän potentiaalienergialla ole massaa. Tällöin vältetään edellisenkaltainen ongelma, mutta törmätään uuteen ristiriitaan säilymislakien kanssa, sillä tällöinhän kappaleen pudotessa massaton (?) potentiaalienergia muuttuu kineettiseksi energiaksi, jolla on massa. Siis maailmankaikkeuden kokonaismassa on lisääntynyt???
Missä vika?