既然遵从能量守恒定律，那么最初的能量是从哪里来的呢？
2024-11-19 阅读 14
更新于 2024年11月21日
前提错误，膨胀的时空没有时间平移对称性，不适用能量守恒定律。不能为膨胀宇宙定义既恒定又有物理意义的总能量。
霍金-哈特尔无边界条件指出，宇宙的初始能量可以是零。在那之后，宇宙的总能量没有任何必要保持为零。
时间平移对称性/Time-translation symmetry：物理规律不会随时间流逝而改变。对于引力相互作用，时间平移对称性需要爱因斯坦喜欢的静态时空。膨胀宇宙里非引力束缚系统的引力势能不守恒。在现行的 ΛCDM 模型描述的膨胀宇宙里，辐射的能量在随时间流逝而减少（光的波长在宇宙学红移影响下越来越长，能量相应下降），暗能量的总量在随时间流逝而增加（可能是因为暗能量是时空固有的性质），暗能量的总能量增长的速度大幅高于辐射的总能量减少的速度，宇宙的总质能在增加。
by E. Siegel/Beyond the GalaxyΛCDM 模型的 Λ 表示宇宙学常数，具有恒定的或基本恒定的能量密度的暗能量，当前估计能量密度约 7e-30 克每立方厘米。当前宇宙中的暗能量占平直时空的宇宙的能量的比例可能约 68.3% 到 68.5%，或者约 73% 到 74%（上述差异与估测的方法有关），该比例今后大概还会增加。在极早期宇宙里，暗能量所占的比例几乎为零。ΛCDM 模型的 CDM 表示冷暗物质。理论上，冷暗物质相对宇宙微波背景辐射静止系的速度远低于真空光速，不参与或几乎不参与引力相互作用以外的基本相互作用，不以或几乎不以光子的形式辐射能量。二十一世纪初，ΛCDM 模型是解释宇宙微波背景辐射、宇宙大尺度结构、宇宙加速膨胀等观测现象的最简单模型。它可能是近似的，暗能量的能量密度可能会改变，冷暗物质的性质可能和预期不同。但是，这个模型假设的东西对应的观测现象是不用这些东西时难以解释的。近年来，其他尝试兼容上述观测现象的模型，无论是号称修正牛顿力学还是修正万有引力还是什么，要拟合得好的话，普遍需要一些具有冷暗物质性质的东西。有兴趣且不打算直接去看最新研究的读者可以看看 2011 年关于暗能量的综述[1]。读者喜欢图表或公式的话，这综述里有很多。
1992 年，一篇文章尝试在考虑暗能量的前提下为宇宙定义守恒的能量[2]。这涉及宇宙对假想的“外部”做的功。如此定义出来的能量无法正常使用。作者们并未尝试重构膨胀宇宙里并不存在的时间平移对称性，因为那做不到。
在这类问题下，我们经常看到没有根据的主张。其中，来自弦论的某些表述应该去跟民间科学爱好者的无理主张坐一桌。
参考^Li Miao et al 2011 Commun. Theor. Phys. 56 525 DOI 10.1088/0253-6102/56/3/24 预印本 https://arxiv.org/abs/1103.5870^https://doi.org/10.1146/annurev.aa.30.090192.002435
这个问题显然可以有一个最简单最naive的解释，那就是全宇宙的总能量始终是0。
也就是，产生一个具有正能量粒子的同时，就产生一个与之镜象的负能量粒子。二者的数量永远相等，加起来总能量为0。
产生一个电子的同时，就会产生一个空穴。产生一个向前的光子，就会产生一个向后的。空间反演、时间反演等没有自发破缺的情况下，正反粒子总是会成对出现。
波粒二象性，能量正比于频率，频率当然是可正可负，正负对称的。
我们日常接触的电子是正粒子，能量只有下界。但可以合理想像宇宙存在一个空穴镜象，质量为负，能量也只有上界。
所谓的最初能量，则只能从电子和空穴解耦那时候起算，再往前只有真空态。解耦则是来自于环境玻色子的干扰，是多体相互影响的结果。
当然，这些概念都是基于量子力学的诠释，广义相对论有另一个基于时空的诠释，时空从宇宙的奇点产生，二者并不完全等同。
