BOL VEĽKý TRESK IBA ČIERNOU DIEROU?

Send

Fraser „Spaceman“ Dr. Paul Matt Sutter - prečo nazývame Veľký tresk jedinečnosťou, keď nazývame aj singularity čiernych dier?

Vesmír je plný náhod. Alebo tvar hmloviny Pac Man alebo Čarodejníckej hmloviny. Alebo ako sprisahanie Force Awakens a každého iného filmu Star Wars, náhody sú všade.

Ale je tu dosť podivná náhoda a súvisí to s povahou samotného Vesmíru. Nasledujte so mnou tu.

Uvažujme o čiernych dierach, téme, ktorú sme na tomto kanáli mnohokrát venovali. Ak ste už dosť sledovali naše videá, viete, že čierna diera je oblasť vesmíru, v ktorej bola hmota a energia rozdrvená tak husto, že gravitačná úniková rýchlosť presahuje rýchlosť svetla.

Nevieme, aké veľké čierne diery sú, ale je možné, že sa rozdrvili do nekonečne hustej oblasti, známej ako singularita.

Singularity, singularity ... kde sme to slovo už počuli? Okrem Ray Kurzweila a jeho posádky technologických singularitárov.

Toto slovo sa objaví, keď diskutujeme o vzniku vesmíru; veľký tresk. Na začiatku, pred 13,8 miliardami rokov, bolo všetko v celom vesmíre rozdrvené do oblasti nekonečnej hustoty. A potom, za zlomok sekundy, sa všetko rozšírilo smerom von.

Astronómovia nazývajú túto oblasť nekonečnej hustoty jedinečnosť Veľkého tresku.

To nemôže byť len náhoda, že? Je to rovnaké slovo. Je to rovnaké slovo!

Bola singularita Big Bang iba skutočne veľká singularita čiernej diery? Čierna diera so všetkou hmotou Vesmíru vo vnútri?

Priznávam, táto otázka je trochu nad mojou výplatou. Na úplné vysvetlenie vedy som si myslel, že prinesiem zvonenie. Paul Matt Sutter je astrofyzik na Štátnej univerzite v Ohiu a Astronomickom observatóriu v Terste.

Paul sa špecializuje na kozmické dutiny, veľa vie aj o Veľkom tresku a čiernych dierach. Prišiel som k Paulovi na súbor jeho podcastu Spaceman Spaceman a hodil tento zinger priamo na neho.

Ahoj Paul, aký je rozdiel medzi singularitou, ktorá formovala Veľký tresk, a singularitou čiernej diery?

1. Začal sa celý vesmír zo skutočne veľkej čiernej diery?
Paul: Vďaka, Fraser. Keď sa pozeráme na singularity, je dôležité pamätať na to, čo je singularita. Jedinečnosť je miestom nekonečnej hustoty a to v skutočnosti nie je. Znamená to len, že matematika, ktorú používame na opis veci, sa rozpadla. Keď dostaneme nekonečnosť v našich odpovediach, keď sa snažíme počítať, čo sa deje. Pokiaľ vieme, tieto veci, členenia v matematike sa vyskytujú na dvoch miestach. Jeden je v strede čiernej diery, kde je materiál komprimovaný natoľko, že už nedokážeme nasledovať matematiku, a druhýkrát je vo veľmi ranom vesmíre, keď je celý vesmír rozdrvený na tak malý objem. pri takej vysokej hustote, že už viac nedokážeme nasledovať matematiku. Takže to je jediné, čo majú spoločné - že existuje jedinečnosť, čo znamená, že už viac nedokážeme robiť matematiku.

Paul: A aj keď sú rovnaké, sú veľmi, veľmi odlišné. Singularita čiernych dier je bod v časopriestore - ako žijete vo vesmíre a môžete poukázať - je tu jedinečnosť ako priamo tam, tam, tam alebo tam. Je to časť vesmíru, ktorá je zakotvená vo väčšom vesmíre, zatiaľ čo singularita Veľkého tresku je celý vesmír. Je to iná vec, keď je celý vesmír zhutnený pri takej neuveriteľne vysokej hustote, že naša matematika o ňom už nedokáže viac sledovať.

2. Prečo sa raný vesmír jednoducho nezrútil späť do čiernej diery?
Paul: Och, to je veľmi dobrá otázka, Fraser. Rozmýšľate o týchto neuveriteľne vysokých hustotách v ranom vesmíre a je prirodzené sa pýtať, prečo sa správať nielen ako sa chová čierna diera, a zrúti sa do nekonečne hustého bodu - prečo sa dokonca obťažovať rozširuje? A je dôležité pamätať si, aké sú rôzne čierne diery od raného vesmíru. V oboch prípadoch používame všeobecnú relativitu - jedná sa o zákony gravitácie - riadia zákony týchto systémov. Rovnakú množinu rovníc však používame v rôznych scenároch. Používame ich na opis rôznych vecí. Čierna diera je osobitným riešením Einsteinových rovníc všeobecnej relativity a toto riešenie vychádza z otázky: „Ak tam vezmem hromadu vecí a zhutníme ich na neuveriteľne vysoké hustoty, čo sa stane?“ Odpoveď je, že dostanete jedinečnosť obklopenú horizontom udalostí. Toto je jeden konkrétny súbor riešení matematiky tohto scenára.

Paul: Ale v ranom vesmíre máme iné riešenie - deje sa iná vec. Je to iný vesmír. Riešenie čiernej diery je statické - je pevné, s časom sa nemení. To je predpoklad v matematike. Ale v ranom vesmíre sa veci menia. Je to iný súbor otázok, na ktoré sa snažíme odpovedať, keď aplikujeme všeobecnú relativitu na raný vesmír: „Ak naplníme celý vesmír rovnomerne celou partiou vecí, čo robí celý vesmír?“ To je iná otázka ako otázka, ktorú kladieme na čierne diery, a preto dostávame inú odpoveď. Takže aj keď máme neuveriteľne vysokú hustotu, matematické riešenie, ktoré to opisuje, pretože popisujeme časový vývoj vesmíru, dostávame iné odpovede, ako dostávame pre bity čiernych dier. A pokiaľ ide o raný vesmír - keď ho rovnomerne naplníte veľa vecí a spýtate sa, čo sa sakra stane s vesmírom, existujú iba dve odpovede. Buď veci vo vesmíre spôsobia kolaps a kontrakcie, alebo veci vo vesmíre spôsobia expanziu vesmíru. A záleží na tom, z čoho je vesmír vyrobený, a ukazuje sa, že je to hriešne, že vesmír je vyrobený z takých vecí, ktoré ho rozširujú. Je to dôležitá súčasť vývoja času, ktorá určuje rozdiel medzi tým, čo sa deje v ranom vesmíre a tým, čo sa deje v čiernej diere.

3. Mohli sa v ranom vesmíre vytvoriť čierne diery, pretože majú také vysoké hustoty?
Paul: Áno, veľmi šikovný, Fraser. Vidím, kam s tým ideš. Pri neuveriteľne vysokých hustotách sa čudujete, že malý kúsok vesmíru sa roztrhol a urobil čiernu dieru. Možno v tých skorých mikrosekundych. A prečo sa táto čierna diera nemohla rozšíriť, aby spotrebovala zvyšok vesmíru? Kľúč tu nie je o hustote, ale o rozdieloch v hustote. Oddeľuje odo mňa čiernu dieru, že je oveľa hustejšia ako ja, alebo aspoň dúfam. To z neho robí čiernu dieru. Je to omnoho hustejšie ako okolie. Ale aby ste vytvorili čiernu dieru, museli ste mať niečo navyše ako vo vrecku, ako oblak plynu alebo hviezdu, o niečo vyššiu hustotu, ako je obvyklé. Potom môže gravitácia fungovať a začať ťahať viac vecí, viac vecí a ďalších, stavať a budovať, až kým nedosiahnete gravitačný kolaps, ktorý vedie k čiernej diere.

Paul: Ale v ranom vesmíre bolo všetko jednotné. Neboli zistené žiadne rozdiely v gravitácii. Áno, bola to neuveriteľne vysoká hustota, ale ak by ste sa tam mohli prepraviť a skutočne prežiť, necítili by ste gravitačný ťah kdekoľvek, pretože každý smer má rovnakú hustotu. Ste obklopení rovnakým množstvom vecí vo všetkých smeroch - neexistuje gravitácia. Všetko sa navzájom ruší. Neexistuje teda žiadna príležitosť na vytvorenie čiernej diery, pretože žiadne jedno miesto vo vesmíre nie je hustejšie ako akékoľvek iné, takže všetka gravitácia sa vyruší a vy nedostanete nič. Žiadna čierna diera - neprídu na scénu až oveľa, oveľa neskôr v evolúcii vesmíru, a dovtedy je vesmír taký veľký, že čierne diery nemôžu ovplyvniť celkový vývoj.

4. Práve teraz sa vesmír rozširuje - jedného dňa sa zrúti?

Paul: Áno, mnohí astrofyzici a kozmológovia sa obávajú tohto desaťročia - mysleli sme si, že áno, možno sa vesmír rozširuje teraz, ale možno v ňom je príliš veľa vecí - možno sa táto expanzia spomalí, zastaví a potom naopak, a potom by sme skončili v tomto masívnom scenári veľkých kríz, opak Veľkého tresku.

Paul: Ale ukázalo sa, že temná energia je tu a temná energia urýchľuje rozširovanie vesmíru, takže nielenže sa vesmír každým dňom zväčšuje a rozširuje, každý deň sa zvyšuje a zrýchľuje. A to, dobre, to trochu naštve.

Znie to celkom otvorene a zatvorene, ale na tejto ceste je toho viac. Keby ste vzali hmotu a energiu celého vesmíru a premenili by ste ich na čiernu dieru, mala by takmer rovnakú hustotu ako samotný vesmír a horizont udalostí väčší ako pozorovateľný vesmír.

Znamená to, že v skutočnosti žijeme vnútri čiernej diery? Mohli by sme povedať rozdiel?