Почему большой взрыв не просто породил большую черную дыру?

23

Вопросы, которые я часто задавался вопросом:

1) Если вся материя и энергия были сосредоточены в одной точке большого взрыва, почему это не была черная дыра или почему она не образовала одну?

2) Если причина № 1, приведенная выше, не образовала черную дыру, является одним из нескольких объяснений, таких как инфляция или что-то еще, то почему вся масса и энергия не образовали большую черную дыру в какое-то конечное время после этого большого взрыва получилось? Например, я (возможно, неправильно) слышал, что инфляция сделала вселенную размером с апельсин. Ну, почему тогда не образовалась черная дыра? Или когда-то вселенная расширилась, скажем, до размера Луны. Почему не тогда? Просто вставьте любой разумный размер вместо «оранжевого» или «лунного». Вопрос в том, почему черная дыра не образовалась из всей материи и энергии после большого взрыва?

Спасибо.

black-hole big-bang-theory

— ядда
источник

4

Ядда - ваши комментарии к двум превосходным ответам ниже показывают, что есть некоторые основы, которые вам нужно понять. Без них вы не сможете понять, почему этот вопрос не имеет смысла. Я бы предложил изучить поведение GR-моделей пространства-времени, приближающихся к этой особенности во время = 0, чтобы понять, почему ваши предположения ошибочны.

— Рори Олсоп

2

Также прочитайте astronomy.stackexchange.com/questions/6305

— Рори Олсоп

20

Ваша проблема в основном возникает из-за попытки применить логику черной дыры Шварцшильда, предположения которой в значительной степени нарушаются при большом взрыве.

Следующее было правдой при большом взрыве и нарушало обычную логику формирования черной дыры.

Событие произошло повсюду в космосе, а не точка. В частности, энергия была равномерно распределена повсюду. Таким образом, суммарный гравитационный потенциал был близок к нулю, и не было ни одной точки, в которой все могло бы разрушиться. Кроме того, поскольку вещи были повсюду, вне коллапсирующей области не было пространства вакуума (в плоском пространстве-не меньше). Более того, все происходило быстро, находилось в состоянии сильного возбуждения и не находилось в тепловом равновесии (до тех пор, пока не наступила инфляция, а затем все было слишком разбавлено и причинно отключено, чтобы массово разрушаться).

Что касается того, что мы могли бы описать вселенную, поскольку в момент времени , мы понятия не имеем. У общей теории относительности есть пространственно подобная сингулярность, и впоследствии она не может сказать ничего кроме этого. Ожидается, что общая теория относительности не является правильным описанием пространства-времени в эпоху, предшествующую инфляции, в значительной степени потому, что квантовая механика привносит существенные эффекты в этих условиях, и хорошо известно, что эти две теории несовместимы. $t=0$

Редактировать:

Этот вопрос был задан на физике SE много раз.

/physics//q/20394/55483

/physics//q/3294/55483

/physics//q/26435/55483

Возможно, ответы там будут осветительными.

— Зибадава Тимми
источник

1

Черная дыра и особенности Большого взрыва являются пространственно-подобными. Хотя, если вы настаиваете на применении здесь ньютоновских концепций, то теорема Ньютона об оболочке означает, что все может рухнуть вокруг каждой точки, что в любом случае морально похоже на обратный большой взрыв. Конечно, нет никаких проблем с «ньютоновским» большим взрывом, потому что они никогда не образуют черных дыр, поэтому я не уверен, что это решает вопрос, но, возможно, это можно было бы развить дальше.

— Стэн Лиу

2

t = 0

$t=0$

2

@yadda Если вы рассматриваете Солнце изолированно или вообще гравитационное поле на любом изолированном сферически симметричном теле, то оно описывается пространством-временем Шварцшильда. Если вы затем каким-то образом сократите его, тогда, очевидно, вы получите черную дыру Шварцшильда. Итак, то, что вы узнали, верно, но очень специфично для определенного контекста, и ваша ошибка заключается в обобщении неправильных свойств этого контекста.

— Стэн Лиу

1

@yadda Я добавил несколько ссылок на физику SE, где на этот вопрос задавали и отвечали много раз. Короче говоря, есть две возможности: либо это работает, как вы хотите, потому что все достаточно хорошо для этого, либо нет, потому что это не так. В ранней космологии мы находимся в последнем случае, и никакое «конкретное время» никогда не изменит эту дихотомию. Достаточно времени заранее, и черные дыры будут образовываться так, как вы ожидаете в тех небольших масштабах, к которым мы привыкли. Раньше и условия не подходили. Это как ожидание кубиков льда в центре солнца.

— Зибадава Тимми

1

@OlegMihailik Это неверно. Есть гораздо больше требований, чем просто «достаточно массы в радиусе». Это как раз аргумент в пользу формирования черной дыры Шварцшильда. Это во многом правильно во всей вселенной, как и сегодня, но это просто не применимо вскоре после большого взрыва. GR имеет гораздо больше, чем просто масса и радиусы. Смотрите также ответ Стэна.

— Зибадава Тимми

9

Черная дыра - это область пространства-времени, разделенная горизонтом событий, что означает, что никакие сигналы изнутри не могут распространяться наружу, независимо от того, как долго человек ждет. В местном масштабе нет ничего особенного в горизонте событий; если вы упадете в черную дыру, ничего не будет помечено, что вы пересекли, и нет локального эксперимента (короткого по пространству и продолжительности), который скажет вам, что вы уже обречены. Наиболее важным концептуальным наблюдением здесь является то, что «черная дыра» означает не локальные условия, а структуру пространства-времени в более широком масштабе.

Это означает, что думать о черных дырах, которые по существу определяются какой-то определенной плотностью, является ошибкой. Это подтверждается, если вы посмотрите на плотность простого случая черной дыры Шварцшильда: чем больше черная дыра, тем менее плотной она является (хотя для объема применимы некоторые предостережения ). Для черных дыр не существует волшебной «точки плотности»; формирует ли черная дыра что-то или нет, определяется глобальными условиями пространства-времени.

РЕДАКТИРОВАТЬ : @zibadawa Тимми в отношении единообразия очень актуальна. Поскольку все точки в пространстве эквивалентны, не существует особой точки, вокруг которой мог бы сформироваться абсолютный горизонт событий, чтобы обернуть его независимым от наблюдателя способом, и, таким образом, никакой черной дыры. Это самое важное отличие, в котором крупномасштабная структура пространство-время в решениях Большого взрыва сильно отличается от сценариев звездного коллапса.

1) Если вся материя и энергия были сосредоточены в одной точке большого взрыва, почему это не была черная дыра или почему она не образовала одну?

Материя и энергия не обязательно были сосредоточены в одной точке. Есть только космологии Большого взрыва, для которых это даже работоспособная аналогия, и те, которые включают замкнутую вселенную, что определенно не все из них. Но это отдельное заблуждение.

Но, насколько нам известно, локальная плотность в каждой точке действительно расходилась до бесконечности в конечном прошлом. Так что все еще имеет смысл спросить , почему не сделали , что причина образования черной дыры. Но ответ на этот вопрос прост: это не так, потому что для этого нет причин, так как величина локальной плотности не имеет значения.

Вопрос в том, почему черная дыра не образовалась из всей материи и энергии после большого взрыва?

Нам не нужен специальный механизм для предотвращения этого, потому что нет никаких общих причин для того, чтобы он стал черной дырой.

Я подхожу к «общему» здесь, потому что есть смысл, в котором космология замкнутой вселенной уже подобна внутренней части черной дыры, и вселенная в целом может даже превратиться в Большой Хруст , подражая более обычному виду звездного коллапса в черную дыру. Большой Хруст эмпирически исключен открытием, что, тем не менее, космологическое расширение ускоряется.

Таким образом, опять же, формирует ли она (что-то вроде) черную дыру или нет, зависит от крупномасштабной структуры пространства-времени, какой бы большой или маленькой она ни была, становится локальная плотность.

— Стэн Лиу
источник

2

10^{8}

$10^8$

2

@yadda Как я уже сказал (и Стэн сказал вам в комментарии к моему ответу), аргумент «упакуйте достаточно массы / энергии в достаточно маленькое пространство ...» действителен только для черных дыр Шварцшильда. Это предполагает, что у вас есть массовая плотность, тяготеющая к точке в пределах большего (приблизительно) плоского пространства-времени, которое находится в (приблизительно) вакуумном состоянии. Это крайне нарушено в условиях большого взрыва. Особенности в GR не все имеют одну характеристику. Мы можем только осмысленно описать лишь несколько случаев из множества возможных, и каждый из них существенно отличается от предыдущего.

— Зибадава Тимми

2

@yadda Как я сказал в первом предложении этого ответа, черная дыра - это область, окруженная горизонтом событий. Вот что означает термин «черная дыра» . Если вы «не делаете этого» и «вас не волнует горизонт событий», то вы даже не говорите о черных дырах вообще. Это так просто.

— Стэн Лиу

3

@yadda Горизонт событий имеет все отношение к нему, потому что его наличие или отсутствие напрямую определяет, образовалась ли черная дыра, и, таким образом, напрямую отвечает на ваш вопрос. «Черные дыры» означает «формы горизонта событий», потому что именно наличие горизонта событий является определяющим свойством черных дыр. Ваша настойчивость в том, что это не имеет отношения к делу, немного напоминает просьбу показать, почему кто-то является холостяком, и при этом ему никоим образом не разрешается ссылаться на свой брак. Это абсолютно нелепое условие, потому что оно является частью основного значения терминов, которые мы обсуждаем.

— Стэн Лиу

3

@yadda 1) ни один физически не определяет другого; они буквально означают одно и то же, ср. Первая страница первого предложения Википедии , или последующее объяснение или последующие разработки, такие как «определяющая черта черной дыры - это появление горизонта событий» 2) ок.

— Стэн Лиу

2

Ученые говорят, что масса не существовала в первый раз, когда она была чистой энергией, а инфляция происходила с очень высокой скоростью (более чем в 50 раз превышающей скорость света), поэтому даже когда частицы и масса появились (менее 1 на миллиард энергия была преобразована в массу, вещество и антитело следующим образом: E = mc ^ 2) была очень высокая скорость расширения, такая, что водород и гелий образовались в скоростях (75% H, 25% He и очень небольшое количество Li ), но нет более тяжелых элементов, говорят ученые, плотности быстро и равномерно уменьшались (в терминах минут из-за скоростей расширения), с другой стороны, для образования черной дыры требуются очень высокие плотности массы.

Так случилось, что начальные условия сильно отличались от большой звезды / сверхновой и привели к разным результатам.

— AMA1123
источник

Я не думаю, что ученые скажут это. Они говорят это .

— Петер говорит восстановить Монику

По крайней мере, это то, что я понял из GUT

— AMA1123

1

Черная дыра, создаваемая, скажем, коллапсом звезды, имеет пустоту с одной стороны и материю, движущуюся в одном направлении (к центру) с другой, с течением времени становится более плотной.

Большой взрыв представляет собой почти полную противоположность - вся материя была окружена равным количеством одинаково плотной материи, и вся материя удалялась друг от друга. В такой однородной вселенной нет ничего, что могло бы вызвать единый коллапс.

Намного позже, когда плотность и скорость расширения были ниже, есть вероятность случайного движения, собирающего достаточно массы, чтобы создать черную дыру ... однако, в этом случае вы, вероятно, говорите о миллиардах черных дыр - которые к настоящему времени были бы бесчисленные очень большие черные дыры.

— Джек Спайт
источник

0

Кто сказал, что это не породило большую черную дыру?

Мы вполне можем жить в большой черной дыре. Если применить гипотетическую массу нашей Вселенной к уравнению радиуса Шварцшильда , результирующий радиус не будет слишком далеко (в порядке величины) от наблюдаемого радиуса видимой Вселенной. Действительно, то, что мы называем «Большим взрывом», может быть просто образованием нашей «вселенной черной дыры» из предыдущей звезды в другой вселенной (таким образом, теория «Мультивселенной»). Это объясняет, по крайней мере, почему наша Вселенная конечна , но свет или материя, очевидно, не могут избежать этого.

Впервые это было предложено по крайней мере 45 лет назад ( здесь ), я не знаю, почему это не так популярно, так как это так увлекательно. (Если вы живете в бедной стране - я считаю, что наука должна быть универсальной, а не только для богатых - я предлагаю использовать научный центр , как здесь .)

Ответы на этот вопрос объясняют идею более подробно.

— Родриго
источник