OLIKO ISO RäJäHDYS VAIN MUSTA REIKä?

Send

Fraser “kysyy avaruusasiamiestä” Dr. Paul Matt Sutter - miksi kutsumme Isoa Bangia singulaarisuudeksi, kun me kutsumme myös mustia reikiä singulaarisuuksiksi?

Universumi on täynnä sattumia. Tai Pac Man -munun tai Wizard-sumun muoto. Tai kuten Force Awakensin juoni ja kaikki muut Tähtien sota -elokuvat, sattumia on kaikkialla.

Mutta tässä on aika outo sattuma, ja sillä on yhteys itse maailmankaikkeuden luonteeseen. Seuraa minua täällä.

Tarkastellaan mustia aukkoja, aihetta, jota olemme käsittäneet useita kertoja tällä kanavalla. Jos olet katsellut tarpeeksi videoitamme, tiedät, että musta aukko on avaruusalue, jolla aine ja energia on salattu niin tiheästi, että painovoimainen poistumisnopeus ylittää valon nopeuden.

Emme tiedä kuinka suuria mustia aukkoja ovat, mutta on mahdollista, että ne on murskattu äärettömän tiheään alueeseen, joka tunnetaan singulaarisuutena.

Singulaarisuus, singulaarisuus ... mistä olemme kuulleet sen sanan aikaisemmin? Lukuun ottamatta Ray Kurzweil ja hänen miehistönsä teknisen singularitarians.

Tuo sana tulee esiin, kun keskustelemme maailmankaikkeuden muodostumisesta; alkuräjähdys. Alussa, 13,8 miljardia vuotta sitten, koko maailmankaikkeudessa kaikki murskattiin äärettömän tiheyden alueeksi. Ja sitten, murto-sekunnissa, kaikki laajeni ulospäin.

Tähtitieteilijät kutsuvat tätä äärettömän tiheyden aluetta ison paineen yksilöllisyydeksi.

Se ei voi olla vain sattumaa, eikö niin? Se on sama sana. Se on sama sana!

Oliko Big Bang -eriteellisyys vain todella iso mustan aukon singulaarisuus? Musta aukko, jonka sisällä on kaikki maailmankaikkeuden massa?

Myönnän, että tämä kysymys on hiukan palkkaluokani ulkopuolella. Selittääkseni tieteen perusteellisesti ajattelin tuoda soittoäänen. Dr. Paul Matt Sutter on astrofysiikka Ohion osavaltion yliopistossa ja Triesten tähtitieteellisessä observatoriossa.

Paavali on erikoistunut kosmisiin tyhjiöihin, hän tietää myös paljon sekä isosta räjähdyksestä että mustista reikistä. Olen tavoittanut Paavalin hänen Ask a Spaceman-podcastin sarjassa ja heittänyt tämän sinkin heti.

Hei Paul, mikä ero on Ison räjähdyksen muodostavan singulaarisuuden ja mustan aukon singulaarisuuden välillä?

1. Aloittiko koko maailmankaikkeus todella massiivisesta mustasta aukosta?
Paul: Kiitos, Fraser. Joten kun tarkastellaan singulaarisuuksia, on tärkeää pitää mielessä, mikä on singulaarisuus. Yksittäisyys on paikka ääretön tiheys, ja se ei oikeastaan ole asia. Se tarkoittaa vain, että matematiikka, jota käytämme kuvaamaan asiaa, on hajonnut. Kuten saamme loputtomuuksia vastaukseemme, kun yritämme laskea mitä tapahtuu. Sikäli kuin tiedämme, tällaiset asiat, nämä eritelmät matematiikassa, tapahtuvat kahdessa paikassa. Yksi on mustan aukon keskellä, missä tavaraa painetaan niin paljon, että emme voi enää seurata matematiikkaa, ja toinen aika on hyvin varhaisessa universumissa, kun koko maailmankaikkeus on murskattu niin pieneksi tilavuudeksi niin suurilla tiheyksillä, että emme voi enää seurata matematiikkaa. Joten se on ainoa asia, joka heillä on yhteistä - että siellä on ainutlaatuisuus, mikä tarkoittaa, että emme voi enää tehdä matematiikkaa.

Paul: Ja vaikka he ovatkin samoja, he ovat hyvin, hyvin erilaisia. Mustareiän singulaarisuus on kohta avaruusajassa - kuten asut maailmankaikkeudessa ja voit osoittaa - siellä on sellainen singulaarisuus kuin oikealla, tuolla tai tuolla tai tuolla. Se on pala maailmankaikkeudesta, joka on upotettu suurempaan maailmankaikkeuteen, kun taas Ison räjähdyksen yksilöllisyys on koko maailmankaikkeus. Eri asia on, kun koko maailmankaikkeus on tiivistetty niin uskomattoman suurille tiheyksille, että matematiikkamme ei voi enää seurata sitä.

2. Miksi varhainen maailmankaikkeus ei vain romahtanut takaisin mustaan aukkoon?
Paul: Ai, se on erittäin hyvä kysymys, Fraser. Ajattelet näitä uskomattoman korkeita tiheyksiä varhaisessa maailmankaikkeudessa, ja on luonnollista ihmetellä, miksi se ei vain käyttäytynyt niin kuin musta reikä käyttäytyy ja puristuu äärettömän tiheään kohtaan - miksi edes vaivaudu laajentamaan? Ja täällä on tärkeää muistaa, kuinka erilaisia mustia aukkoja ovat varhaisesta universumista. Molemmissa tapauksissa käytämme yleistä suhteellisuusteoriaa - nämä ovat painovoimalait - ne säätelevät näiden järjestelmien lakeja. Mutta käytämme samaa yhtälöryhmää erilaisissa tilanteissa. Käytämme niitä kuvaamaan erilaisia asioita. Musta reikä on erityinen ratkaisu Einsteinin yleisen suhteellisuuden yhtälöihin, ja ratkaisu syntyy, kun esitetään kysymys "Jos otan joukon tavaroita sinne ja tiivistan sen uskomattoman suuriin tiheyksiin, mitä tapahtuu?" Vastaus on, että saat ainutlaatuisuuden, jota ympäröi tapahtumahorisontti. Se on yksi erityinen ratkaisu kyseisen skenaarion matematiikkaan.

Paul: Mutta varhaisessa universumissa meillä on erilainen ratkaisu - meillä on erilainen asia meneillään. Se on erilainen maailmankaikkeus. Musta aukon ratkaisu on staattinen - se on kiinteä, se ei muutu ajan myötä. Se on oletus matematiikassa. Mutta varhaisessa universumissa asiat muuttuvat. Se on erilainen joukko kysymyksiä, joihin yritämme vastata vastatessamme yleistä suhteellisuusteoriaa varhaiseen universumiin, mikä on "Jos täytän koko maailmankaikkeuden tasaisesti kokonaisella joukolla tavaroita, mitä koko maailmankaikkeus tekee?" Tämä on erilainen kysymys kuin kysymys, jota me esittämme mustista aukoista, ja niin saamme erilaisen vastauksen. Joten vaikka meillä on niin uskomattoman suuri tiheys, sitä kuvaava matemaattinen ratkaisu, koska koska me kuvaamme maailmankaikkeuden aikakehitystä, saamme erilaisia vastauksia kuin mitä saamme mustan aukon biteille. Ja kun kyse on varhaisesta maailmankaikkeudesta - kun täytät sen tasaisesti joukolla tavaroita ja kysyt, mitä helvettiä universumille tapahtuu, on vain kaksi vastausta. Joko maailmankaikkeuden tavarat aiheuttavat niiden romahtamisen ja supistumisen, tai maailmankaikkeuden esineet saavat maailmankaikkeuden laajentumaan. Ja riippuu siitä, mistä maailmankaikkeus on tehty, ja osoittautuu riittävän kätevästi, että maailmankaikkeus on valmistettu sellaisista asioista, jotka saavat sen laajentumaan. Täällä on tärkeä ajan evoluutiokomponentti - se erottaa aikaisessa universumissa tapahtuvan ja mustassa aukossa tapahtuvan välillä.

3. Voisiko mustia reikiä olla muodostunut varhaiseen maailmankaikkeuteen, koska sillä on niin korkeat tiheydet?
Paul: Voi niin, erittäin taitava, Fraser. Näen minne olet menossa sen kanssa. Uskomattoman korkeilla tiheyksillä ihmettelet, ehkä pieni kappale maailmankaikkeudesta puristui irti ja teki mustan aukon. Ehkä noina varhaisina mikrosekuntina. Ja miksi musta aukko ei voinut laajentua kuluttamaan loppua maailmankaikkeutta? Ja tässä ei ole kyse tiheydestä, vaan tiheydestä. Se, mikä erottaa mustan aukon minusta, on, että se on paljon tiheämpi kuin minä tai ainakin toivon niin. Se tekee siitä mustan aukon. Se on paljon tiheämpi kuin sen ympäristö. Mutta jotta tämä musta reikä muodostuisi, sinulla oli oltava vähän ylimääräistä tavaraa kuten taskussa, kuten ylimääräinen kaasupilvi tai tähti, hiukan tavallista tiheämpi. Sitten painovoima voi toimia, ja alkaa vetää lisää tavaroita, ja lisää tavaroita, ja enemmän, rakentaa ja rakentaa, kunnes saat painovoiman romahtamisen, joka johtaa mustaan reikään.

Paul: Mutta varhaisessa universumissa kaikki oli yhtenäistä. Painovoimassa ei ollut eroja. Joo, se oli uskomattoman suuri tiheys, mutta jos sinut voitaisiin kuljettaa takaisin sinne ja todella selviytyä, et tunteisi mitään painovoimavetoa missään, koska jokainen suunta on sama tiheys. Sinua ympäröi sama määrä tavaroita joka suuntaan - painovoimaa ei ole. Se kaikki kumoaa toisensa. Joten mustan aukon muodostumiseen ei ole mahdollisuutta, koska mikään paikka maailmankaikkeudessa ei ole tiheämpää kuin mikään muu, joten kaikki painovoima katoaa ja et saa mitään. Ei mustaa reikää - ne tulevat paikalle vasta paljon, paljon myöhemmin maailmankaikkeuden evoluutiossa, ja siihen mennessä maailmankaikkeus on niin suuri, että mustat aukot eivät voi vaikuttaa yleiseen evoluutioon.

4. Tällä hetkellä maailmankaikkeus laajenee - romahtaako se joskus?

Paul: Niin, monet astrofysiikit ja kosmologit huolestuttavat tätä vuosikymmeniä sitten - ajattelimme, että joo, ehkä maailmankaikkeus laajenee nyt, mutta ehkä siinä on vähän liikaa tavaraa - ehkä, että laajeneminen hidastuu, pysähtyy ja sitten päinvastoin, ja sitten päätyisimme tähän massiiviseen ison iskun skenaarioon, vastapäätä isoa räjähdystä.

Paul: Mutta osoittautuu, että tumma energia on täällä ja tumma energia saa maailmankaikkeuden laajentumisen kiihtymään, joten paitsi että maailmankaikkeus kasvaa isommaksi joka päivä, se tulee myös nopeammaksi joka päivä. Ja se, no, tuo kinda imee.

Kuulostaa melko avoimelta ja kiinni, mutta matkalla on vielä enemmän. Jos otat koko maailmankaikkeuden massan ja energian ja muutat sen mustana reikäksi, sillä olisi melkein täsmälleen sama tiheys kuin itse universumilla, ja tapahtumahorisontti olisi suurempi kuin havaittavissa oleva maailmankaikkeus.

Tarkoittaako se sitä, että elämme oikeastaan mustan aukon sisällä? Voisimmeko kertoa eron?