Границите на локалната механика
Всеки инженерен или физически модел, използван в ежедневната практика, разчита на концепцията за затворена система. Траекторията на хвърлена топка, разсейването на топлината при спирачния механизъм на автомобила или разреждането на един химически акумулатор функционират безупречно в пределите на Нютоновата механика. Тук кинетичната и потенциалната енергия непрекъснато си разменят роли, като счетоводният баланс на системата винаги излиза на нула. Тази стабилност не е просто математическа хватка за решаване на задачи от заден преглед, а е пряко свързана с времевата симетрия. Теоремата, формулирана от математичката Еми Ньотер през 1918 година, категорично посочва, че ако законите на физиката не се променят с течение на времето, от това математическо състояние неизбежно произтича запазваща се величина. Тази величина наричаме енергия.
Проблемът настъпва в момента, в който скалата се разшири до границите на цялата позната Вселена. За разлика от лабораторния чин или затворения термодинамичен съд, Вселената по дефиниция няма "външна среда", с която да обменя ресурси, нито статична рамка, спрямо която да се изчисли крайна стойност. В Общата теория на относителността пространство-времето престава да бъде просто сцената, на която се разиграват събитията, и се превръща в динамичен, разширяващ се и огъващ се обект. Когато самата геометрия се променя във времето, фундаменталното условие за времева симетрия отпада. А с него отпада и възможността да се дефинира глобална, абсолютна енергия, която да остава постоянна.
Механиката на изчезващите фотони
Най-явното разминаване между училищната формула и физическата реалност се наблюдава при движението на електромагнитното излъчване през космологични разстояния. Фотон, излъчен от далечна галактика преди милиарди години, преминава през непрекъснато разширяващо се пространство. Заедно с разширяването на самата тъкан на пространство-времето се разтяга и дължината на вълната на този фотон – феномен, известен като космологично червено отместване.
Тъй като енергията на светлинния квант е правопропорционална на неговата честота, удължаването на вълната води до директен спад в неговата енергия. Когато светлината достигне до огледалата на наземните или космическите телескопи, тя носи значително по-малко енергия от момента на нейното излъчване. В класическия механичен модел тази загубена енергия трябваше да бъде предадена на друг обект под формата на топлина, маса или движение. В мащаба на разширяващия се космос такъв "приемник" просто не съществува. Енергията на фотона се губи заради самата геометрия на пространството, без да се съхранява в друг физически резервоар.
Сходен, но огледален процес се наблюдава при анализирането на тъмната енергия. В съвременния стандартен космологичен модел плътността на вакуумната енергия, свързана с космологичната константа, остава постоянна за единица обем. Тъй като обемът на Вселената нараства вследствие на нейното ускорено разширяване, общото количество вакуумна енергия вътре в разглеждания космологичен хоризонт се увеличава. Това не означава, че някъде съществува външен генератор, който "напомпва" енергия в системата. Това просто показва, че глобалното запазване на енергията е концепция, неприложима към нестатични мета-системи.
