Dlaczego Wielki Wybuch nie tylko wytworzył wielką czarną dziurę?

Pytania, nad którymi często się zastanawiałem:

1) Jeśli cała materia i energia były skoncentrowane w jednym punkcie Wielkiego Wybuchu, dlaczego nie była to czarna dziura lub dlaczego nie powstała?

2) Jeśli przyczyna nr 1 powyżej nie utworzyła czarnej dziury jest jednym z kilku wyjaśnień, takich jak inflacja lub cokolwiek innego, to dlaczego cała masa i energia nie utworzyły dużej czarnej dziury w pewnym skończonym czasie po tym wielkim wybuchu stało się? Na przykład (prawdopodobnie niepoprawnie) słyszałem, że dzięki inflacji wszechświat ma wielkość pomarańczy. Dlaczego więc nie powstała czarna dziura? Lub gdy wszechświat rozszerzy się do, powiedzmy, wielkości księżyca. Dlaczego nie Po prostu wstaw dowolny odpowiedni rozmiar zamiast „pomarańczowego” lub „księżycowego”. Pytanie brzmi, dlaczego po Wielkim Wybuchu nie powstała czarna dziura z całej materii i energii?

Dzięki.

Twój problem zasadniczo wynika z próby zastosowania logiki czarnej dziury Schwarzchilda, której założenia są w maksymalnym stopniu naruszone podczas Wielkiego Wybuchu.

Poniższe były prawdziwe podczas Wielkiego Wybuchu i naruszają zwykłą logikę tworzenia się czarnych dziur.

Wydarzenie miało miejsce wszędzie w kosmosie, a właściwie nie było punktem. W szczególności energia była równomiernie rozmieszczona wszędzie. Potencjał grawitacyjny netto był więc bliski zeru i nie było jednego punktu, do którego wszystko mogłoby się zawalić. Ponadto, ponieważ rzeczy były wszędzie, nie było przestrzeni próżni (w płaskiej czasoprzestrzeni, nie mniej) poza zapadającym się regionem. Co więcej, rzeczy poruszały się szybko, były w stanie bardzo podekscytowanym i nie znajdowały się w równowadze termicznej (dopóki inflacja nie uderzyła, a potem sprawy były zbyt rozcieńczone i przyczynowo odłączone, aby masowo zapaść się).

Co do tego, co moglibyśmy opisać wszechświat w czasie , nie mamy pojęcia. Ogólna teoria względności ma tam osobliwość podobną do kosmosu, a następnie nie może powiedzieć nic poza tym. Oczekuje się, że ogólna teoria względności nie jest poprawnym opisem czasoprzestrzeni w erze przed inflacją, w dużej mierze dlatego, że mechanika kwantowa wprowadza znaczące efekty w tych warunkach i dobrze wiadomo, że te dwie teorie są niezgodne.$t=0$

Edytować:

To pytanie zadawano na SE fizyki wiele razy.

/physics//q/20394/55483

/physics//q/3294/55483

/physics//q/26435/55483

Być może odpowiedzi będą pouczające.

Czarna dziura to obszar czasoprzestrzeni oddzielony horyzontem zdarzeń, co oznacza, że ​​żadne sygnały z wnętrza nie mogą rozprzestrzeniać się na zewnątrz, bez względu na to, jak długo trzeba czekać. Lokalnie nie ma nic specjalnego w horyzoncie zdarzeń; jeśli wpadniesz do czarnej dziury, nic nie wskazuje na to, że przeszedłeś, i nie ma lokalnego eksperymentu (krótkiego w przestrzeni i czasie trwania), który powiedziałby ci, że jesteś już skazany. Najważniejszą obserwacją pojęciową jest tutaj to, że „czarna dziura” jest zdefiniowana nie przez lokalne warunki, ale przez strukturę czasoprzestrzeni na większą skalę.

Oznacza to, że myślenie o czarnych dziurach, zasadniczo określone przez jakąś określoną gęstość, jest błędem. Jest to oczywiste, jeśli spojrzysz na gęstość prostego przypadku czarnej dziury Schwarzschilda: im większa jest czarna dziura, tym jest ona mniej gęsta (chociaż w przypadku objętości obowiązują pewne zastrzeżenia ). Nie ma magicznego „punktu gęstości” dla czarnych dziur; to, czy coś tworzy czarną dziurę, czy nie, zależy od globalnych warunków czasoprzestrzeni.

EDYCJA : Punkt @zibadawa Timmy'ego dotyczący jednolitości jest bardzo istotny. Ponieważ wszystkie punkty w przestrzeni są równoważne, nie ma specjalnego punktu, wokół którego mógłby powstać absolutny horyzont zdarzeń, który obejmowałby go w sposób niezależny od obserwatora, a tym samym nie byłaby czarną dziurą. Jest to najważniejsza różnica, w której czasoprzestrzeń na dużą skalę w rozwiązaniach Big Bang bardzo różni się od scenariuszy zapadania się gwiazd.

1) Jeśli cała materia i energia były skoncentrowane w jednym punkcie Wielkiego Wybuchu, dlaczego nie była to czarna dziura lub dlaczego nie powstała?

Materia i energia nie były konieczne skoncentrowane w jednym punkcie. Istnieją tylko kosmologie Wielkiego Wybuchu, dla których jest to nawet wykonalna analogia, dotyczące kosmosu zamkniętego wszechświata, który zdecydowanie nie jest wszystkim z nich. Ale to osobne nieporozumienie.

Ale o ile wiemy, lokalna gęstość w każdym punkcie nie rozchodzą się w nieskończoność w skończonym przeszłości. Więc to jeszcze sens zapytać, dlaczego nie zrobił , że przyczyną powstawania czarnej dziury. Ale odpowiedź na to jest prosta: nie zrobiła tego, ponieważ nie ma ku temu powodu, ponieważ wielkość lokalnej gęstości nie ma znaczenia.

Pytanie brzmi, dlaczego po Wielkim Wybuchu nie powstała czarna dziura z całej materii i energii?

Nie potrzebujemy specjalnego mechanizmu, aby temu zapobiec, ponieważ nie ma ogólnego powodu, aby stał się czarną dziurą.

Kwalifikuję się tutaj jako „ogólny”, ponieważ istnieje poczucie, że kosmologia zamkniętego wszechświata jest już jak wnętrze czarnej dziury, a wszechświat jako całość może nawet przypominać Wielki Kryzys , naśladując bardziej zwyczajny rodzaj gwiezdnego upadku do czarnej dziury. Wielka Chrupka jest jednak empirycznie wykluczona przez odkrycie, że ekspansja kosmologiczna przyspiesza.

Zatem znowu to, czy tworzy (coś w rodzaju) czarnej dziury, zależy od wielkoskalowej struktury czasoprzestrzeni, bez względu na to, jak duża lub mała staje się lokalna gęstość.

Naukowcy twierdzą, że masa nie istniała po raz pierwszy jako czysta energia, a inflacja zachodziła przy bardzo dużych prędkościach (ponad 50 razy większa niż prędkość światła), więc nawet gdy pojawiły się cząstki i masa (mniej niż 1 na miliard energia została zamieniona na masę, materię i antymaterię następująco: E = mc ^ 2) istniała bardzo wysoka prędkość ekspansji, tak że wodór i hel tworzyły się w szybkościach (75% H, 25% He i bardzo mała ilość Li ), ale żaden cięższy pierwiastek nie mówi naukowców, gęstość gwałtownie i równomiernie spadła (w minutach z powodu prędkości ekspansji), z drugiej strony Blackhole wymaga formowania się bardzo dużych gęstości masy.

Zdarzyło się więc, że początkowe warunki były bardzo różne od dużej gwiazdy / supernowej i prowadziły do ​​różnych wyników.

Czarna dziura tworzona przez, powiedzmy, zapadnięcie się gwiazdy ma pustkę z jednej strony, a materia porusza się w jednym kierunku (w kierunku środka) z drugiej, gęstniejąc w miarę upływu czasu.

Wielki Wybuch reprezentuje prawie dokładnie odwrotnie - cała materia była otoczona równą ilością równie gęstej materii i cała materia oddalała się od siebie. W tak jednolitym wszechświecie nic nie powoduje pojedynczego załamania.

Znacznie później, gdy gęstość i szybkość ekspansji były niższe, istnieje możliwość, że ruch przypadkowy zbierze wystarczającą ilość masy, aby stworzyć czarną dziurę ... jednak w tym przypadku prawdopodobnie mówisz o miliardach czarnych dziur - które do tej pory byłyby niezliczone bardzo duże czarne dziury.

Kto powiedział, że nie wytworzył dużej czarnej dziury?

Możemy równie dobrze żyć w dużej czarnej dziurze. Jeśli zastosujesz hipotetyczną masę naszego Wszechświata do równania promienia Schwarzschilda , wynikowy promień nie będzie zbyt daleko (rzędu wielkości) do obserwowalnego promienia widzialnego Wszechświata. Rzeczywiście, to, co nazywamy „Wielkim Wybuchem”, może po prostu być formacją naszego „wszechświata czarnej dziury” z poprzedniej gwiazdy w innym Wszechświecie (stąd teoria „Wieloświata”). To przynajmniej tłumaczy, dlaczego nasz Wszechświat jest skończony , ale światło lub materia najwyraźniej nie mogą przed nim uciec.

Zostało to po raz pierwszy zaproponowane co najmniej 45 lat temu ( tutaj ), nie wiem, dlaczego nie jest bardziej popularne, ponieważ jest tak fascynujące. (Jeśli mieszkasz w biednym kraju - uważam, że nauka powinna być uniwersalna, a nie tylko dla bogatych - sugeruję użycie sci-hub , tak jak tutaj ).

Odpowiedzi na to pytanie wyjaśniają pomysł bardziej szczegółowo.