Fraser „Întreabă un spaceman” Dr. Paul Matt Sutter - de ce numim Big Bang-ul o singularitate, când numim și singularități găuri negre?
Universul este plin de coincidențe. Sau forma nebuloasei Pac Man sau Nebula Vrăjitorului. Sau cum ar fi complotul de la Force Awakens și orice alt film din Star Wars, coincidențele sunt peste tot.
Dar iată o coincidență destul de ciudată și are legătură cu natura Universului în sine. Urmează împreună cu mine aici.
Să luăm în considerare găurile negre, un subiect pe care l-am abordat de mai multe ori pe acest canal. Dacă ați vizionat suficient de multe videoclipuri, știți că o gaură neagră este o regiune a spațiului în care materia și energia au fost masate atât de dens, încât viteza de evacuare gravitațională depășește viteza luminii.
Nu știm cât de mari sunt găurile negre, dar este posibil ca acestea să fie strivite într-o regiune infinit de densă, cunoscută sub numele de singularitate.
Singularitate, singularitate ... unde mai auzisem acest cuvânt înainte? În afară de Ray Kurzweil și echipajul său de singularitari tehnologici.
Acest cuvânt apare atunci când discutăm despre formarea Universului; Big Bang-ul. La început, cu 13,8 miliarde de ani în urmă, totul din întregul Univers a fost zdrobit într-o regiune cu o densitate infinită. Și apoi, într-o fracțiune de secundă, totul s-a extins spre exterior.
Astronomii numesc această regiune de densitate infinită singularitatea Big Bang.
Aceasta nu poate fi doar o coincidență, nu? Este același cuvânt. Este ACELAȘI CUVÂNT!
Singuritatea Big Bang era doar o singularitate cu o gaură neagră cu adevărat mare? O gaură neagră cu toată masa Universului din interiorul său?
O să recunosc, această întrebare este cu mult peste nivelul meu de plată. Pentru a explica pe deplin știința, am crezut că voi aduce o sonerie. Dr. Paul Matt Sutter este un astrofizician cu Universitatea de Stat din Ohio și Observatorul Astronomic din Trieste.
Paul este specializat în golurile cosmice, de asemenea, el știe multe despre Big Bang și găurile negre. Am ajuns la Paul pe platoul podcast-ului lui Ask a Spaceman și l-am aruncat pe acest zinger.
Hei Paul, care este diferența dintre singularitatea care a format Big Bang-ul și singularitatea găurii negre?
1. Întregul Univers a pornit de la o gaură neagră cu adevărat masivă?
Paul: Mulțumesc, Fraser. Așadar, atunci când analizăm singularitățile, este important să ținem cont de ceea ce este o singularitate. Singuritatea este un loc cu o densitate infinită și nu este chiar un lucru. Înseamnă doar că matematica pe care o folosim pentru a descrie lucrul s-a defalcat. Ca și cum vom obține infinități în răspunsurile noastre atunci când încercăm să calculăm ce se întâmplă. Din câte știm, aceste tipuri de lucruri, aceste defecțiuni în matematică, se petrec în două locuri. Unul este în centrul unei găuri negre, unde lucrurile sunt comprimate atât de mult încât nu mai putem urmări matematica, iar cealaltă dată este în universul foarte timpuriu, când întregul univers este defrișat într-un volum atât de mic. la densități atât de mari încât nu mai putem urmări matematica. Deci, acesta este singurul lucru pe care îl au în comun - că există o singularitate, ceea ce înseamnă că nu mai putem face matematica.
Paul: Și, deși sunt la fel, sunt foarte, foarte diferiți. Singuritatea găurii negre este un punct în spațiu - așa cum trăiești în univers și poți indica - există o singularitate ca acolo, sau acolo sau acolo. Este o piesă a universului încorporată în universul mai mare, în timp ce singularitatea Big Bang este întregul univers. Este un lucru diferit în care întregul univers este compactat la densități atât de mari încât matematica noastră nu-l mai poate urmări.
2. De ce universul timpuriu nu s-a prăbușit doar într-o gaură neagră?
Paul: Oh, aceasta este o întrebare foarte bună, Fraser. Vă gândiți la aceste densități incredibil de mari în universul timpuriu și este firesc să ne întrebăm de ce nu s-a comportat doar așa cum se comportă o gaură neagră și să se rătăcească într-un punct infinit de dens - de ce chiar să vă deranjați să se extindă? Și este important să ne amintim aici cât de diferite sunt găurile negre din universul timpuriu. În ambele cazuri, folosim relativitatea generală - acestea sunt legile gravitației - ele guvernează legile acestor sisteme. Dar folosim același set de ecuații în diferite scenarii. Le folosim pentru a descrie diferite lucruri. O gaură neagră este o soluție specială la ecuațiile relativității generale ale lui Einstein și această soluție vine din a pune întrebarea „Dacă iau o grămadă de lucruri pe acolo și o compactez la densități incredibil de mari, ce se întâmplă?” Răspunsul este că obțineți o singularitate înconjurată de un orizont de eveniment. Acesta este un set particular de soluții pentru matematica acelui scenariu.
Paul: Dar în universul timpuriu, avem o soluție diferită - avem ceva diferit. Este un univers diferit. Soluția cu gaura neagră este statică - este fixă, se schimbă în timp. Aceasta este o presupunere în domeniul matematicii. Dar în universul timpuriu, lucrurile se schimbă. Un alt set de întrebări la care încercăm să răspundem atunci când aplicăm relativitatea generală la universul timpuriu este „Dacă umplu întreg universul în mod uniform cu o grămadă de lucruri, ce face întregul univers?” Aceasta este o altă întrebare decât cea pe care o punem despre găurile negre și, astfel, vom primi un răspuns diferit. Deci, chiar dacă avem o densitate incredibil de mare, soluția matematică care o descrie, deoarece descriem evoluția timpului universului, obținem răspunsuri diferite decât cele obținute pentru biții găurii negre. Și când vine vorba de universul timpuriu - când îl completezi uniform cu o grămadă de lucruri și întrebi ce naiba se întâmplă cu universul, există doar două răspunsuri. Fie lucrurile din univers fac ca lucrurile să se prăbușească și să se contracte, fie lucrurile din univers determină extinderea universului. Și depinde din ce este făcut universul și se dovedește, destul de ușor, că universul este făcut din felul de lucruri care îl fac să se extindă. Este importantă această componentă a evoluției timpului - care stabilește diferența între ceea ce se întâmplă în universul timpuriu și ceea ce se întâmplă într-o gaură neagră.
3. S-ar putea găuri negre în Universul timpuriu, deoarece are densități atât de mari?
Paul: Oh, da, foarte inteligent, Fraser. Văd unde te duci cu asta. Cu o densitate incredibil de ridicată, vă întrebați poate că o bucată din univers a prins și a făcut o gaură neagră. Poate în acele microsecunde timpurii. Și de ce nu s-a putut extinde acea gaură neagră pentru a consuma restul universului? Și cheia aici nu este despre densitate, ci despre diferențele de densitate. Ceea ce separă o gaură neagră de mine este că este mult mai dens decât mine, sau cel puțin sper. Asta îl face o gaură neagră. Este mult mai dens decât împrejurimile. Dar, pentru a face acea gaură neagră, trebuia să ai un pic de chestii suplimentare ca într-un buzunar, precum un nor de gaz suplimentar sau o stea, o densitate puțin mai mare decât în mod normal. Apoi, gravitația poate funcționa și începe să tragi în mai multe lucruri și mai multe lucruri și multe altele, construind și construind până obții colapsul gravitațional care duce la o gaură neagră.
Paul: Dar în universul timpuriu, totul era uniform. Nu au existat diferențe de gravitate. Da, a fost o densitate incredibil de mare, dar dacă ai putea fi transportat înapoi și de fapt supraviețuit, nu ai simți nicio atracție gravitațională nicăieri, deoarece fiecare direcție este aceeași densitate. Ești înconjurat de aceeași cantitate de lucruri în toate direcțiile - nu există nicio gravitate. Toate se anulează reciproc. Așadar, nu există nicio ocazie să se formeze o gaură neagră, deoarece orice punct din univers nu este mai dens decât oricare altul, așa că toată gravitația se anulează și nu obții nimic. Nici o gaură neagră - nu vin pe scena până mult, mult mai târziu în evoluția universului și, până atunci, universul este atât de mare, găurile negre nu pot afecta evoluția generală.
4. În acest moment universul se extinde - se va prăbuși într-o zi?
Paul: Da, o mulțime de astrofizicieni și cosmologi se îngrijorează de această decadă în urmă - ne-am gândit că da, poate universul se extinde acum, dar poate că există prea multe lucruri în el - poate că expansiunea se va încetini, se va opri și apoi invers, apoi vom ajunge în acest scenariu de criză masivă, opus Big Bang-ului.
Paul: Dar se dovedește că energia întunecată este aici și energia întunecată face ca expansiunea universului să se accelereze, deci nu numai că universul devine din ce în ce mai mare în fiecare zi, dar devine din ce în ce mai rapid în fiecare zi. Și asta, bine, asta e nasol.
Suna destul de deschis și închis, dar există mai multe în această călătorie. Dacă ai lua masa și energia întregului Univers și l-ai transforma într-o gaură neagră, ar avea aproape aceeași densitate ca Universul însuși și un orizont de eveniment mai mare decât Universul observabil.
Deci înseamnă asta că, de fapt, trăim într-o gaură neagră? Am putea spune diferența?
Podcast (audio): descărcare (durata: 5:13 - 4,8 MB)
Abonare: Podcast-uri Apple | Android | RSS
Podcast (video): descărcare (durata: 5:35 - 66.3MB)
Abonare: Podcast-uri Apple | Android | RSS
