BYL VELKý TŘESK JEN ČERNOU DíROU?

Send

Fraser „Zeptá se kozmonautiky“ Dr. Paul Matt Sutter - proč nazýváme Velký třesk singularitou, když také nazýváme singularity černých děr?

Vesmír je plný náhod. Nebo tvar mlhoviny Pac Man nebo Čarodějnické mlhoviny. Nebo jako spiknutí Force Awakens a každého dalšího filmu Star Wars, náhody jsou všude.

Ale tady je docela podivná náhoda, a to souvisí s podstatou samotného vesmíru. Následujte spolu se mnou tady.

Uvažujme černé díry, téma, které jsme na tomto kanálu mnohokrát probrali. Pokud jste naše videa sledovali dostatečně, víte, že černá díra je oblast vesmíru, kde byla hmota a energie rozdrcena tak hustě, že gravitační úniková rychlost přesáhla rychlost světla.

Nevíme, jaké velké černé díry jsou, ale je možné, že se rozdrtily do nekonečně husté oblasti známé jako singularita.

Singularity, singularity… kde jsme to slovo už slyšeli? Kromě Ray Kurzweil a jeho posádky technologických singularitarians.

Toto slovo se objeví, když diskutujeme o vzniku vesmíru; velký třesk. Na začátku, před 13,8 miliardami let, bylo všechno v celém vesmíru rozdrceno do oblasti nekonečné hustoty. A za zlomek vteřiny se vše rozšířilo směrem ven.

Astronomové nazývají tuto oblast nekonečné hustoty singularitu Velkého třesku.

To nemůže být jen náhoda, že? Je to stejné slovo. Je to stejné slovo!

Byla singularita Velký třesk opravdu velká singularita černé díry? Černá díra s veškerou hmotou vesmíru uvnitř?

Přiznám se, tato otázka je trochu nad mým výplatním programem. Abych vědu plně vysvětlil, myslel jsem, že přinesu vyzvánění. Dr. Paul Matt Sutter je astrofyzik na Ohio State University a Astronomické observatoři v Terstu.

Paul se specializuje na kosmické dutiny, ví také hodně o Velkém třesku a černých dírách. Dosáhl jsem Pavla na soubor jeho podcastu Spaceman Spaceman a hodil tento zinger přímo na něj.

Ahoj Paule, jaký je rozdíl mezi singularitou, která tvořila Velký třesk, a singularitou černé díry?

1. Začal celý vesmír z opravdu obrovské černé díry?
Paul: Díky, Frasere. Když se tedy díváme na singularity, je důležité mít na paměti, co je singularita. Jedinečnost je místem nekonečné hustoty a to ve skutečnosti není. Znamená to jen, že se matematika, kterou používáme k popisu věci, rozpadla. Jako bychom dostali nekonečno v našich odpovědích, když se snažíme vypočítat, co se děje. Pokud víme, tyto věci, členění v matematice se dějí na dvou místech. Jeden je ve středu černé díry, kde je materiál stlačen natolik, že už nemůžeme matematiku sledovat, a jindy je ve velmi raném vesmíru, když je celý vesmír rozdrcen do tak malého objemu při tak vysoké hustotě, že už nemůžeme matematiku sledovat. Takže to je jediná věc, kterou mají společné - že existuje singularita, což znamená, že už nemůžeme dělat matematiku.

Paul: A i když jsou stejné, jsou velmi, velmi odlišné. Singularita černé díry je bod v časoprostoru - jako byste žili ve vesmíru a můžete to dokázat - je singularita jako tam, tam, tam nebo tam. Je to část vesmíru, která je zakotvena ve větším vesmíru, zatímco singularita Velkého třesku je celý vesmír. Je to jiná věc, kde je celý vesmír zhutněn při tak neuvěřitelně vysokých hustotách, že naše matematika už o něm nedokáže sledovat.

2. Proč se raný vesmír prostě nezhroutil zpět do černé díry?
Paul: Oh, to je velmi dobrá otázka, Frasere. Přemýšlíte o těchto neuvěřitelně vysokých hustotách v ranném vesmíru a je přirozené se divit, proč se prostě nechovala, jako se chová černá díra, a choulí se do nekonečně hustého bodu - proč se dokonce obtěžovat rozšiřování? A je důležité si zde pamatovat, jaké jsou různé černé díry od raného vesmíru. V obou případech používáme obecnou relativitu - jedná se o zákony gravitace - řídí zákony těchto systémů. Ale používáme stejnou sadu rovnic v různých scénářích. Používáme je k popisu různých věcí. Černá díra je zvláštním řešením Einsteinových rovnic obecné relativity a toto řešení přichází z otázky: „Pokud tam vezmu spoustu věcí a zkomprimuji je do neuvěřitelně vysokých hustot, co se stane?“ Odpověď zní, že dostanete jedinečnost obklopenou horizontem události. To je jedna konkrétní sada řešení matematiky tohoto scénáře.

Paul: Ale v ranném vesmíru máme jiné řešení - máme jinou věc. Je to jiný vesmír. Řešení černé díry je statické - je pevné, časem se nemění. To je předpoklad v matematice. Ale v ranném vesmíru se věci mění. Je to jiná sada otázek, na které se snažíme odpovědět, když aplikujeme obecnou relativitu na raný vesmír: „Pokud naplním celý vesmír rovnoměrně celou partií věcí, co celý vesmír dělá?“ To je jiná otázka než otázka, kterou se ptáme na černé díry, a tak dostaneme jinou odpověď. Takže i když máme neuvěřitelně vysokou hustotu, matematické řešení, které to popisuje, protože popisujeme časový vývoj vesmíru, dostáváme odlišné odpovědi, než dostaneme pro kousky černé díry. A když přijde do raného vesmíru - když ho rovnoměrně naplníte spoustou věcí a zeptáte se, co se s vesmírem děje, existují pouze dvě odpovědi. Buď věci ve vesmíru způsobí, že se věci zhroutí a smrští, nebo věci ve vesmíru způsobí, že se vesmír rozšíří. A záleží na tom, z čeho je vesmír vyroben, a ukazuje se, šikovně, že vesmír je vyroben z druhu věcí, které ho rozšiřují. Je to důležitá složka evoluce času, která určuje rozdíl mezi tím, co se děje v raném vesmíru a tím, co se děje v černé díře.

3. Mohly se v ranném vesmíru utvořit černé díry, protože má tak vysokou hustotu?
Paul: Ach jo, velmi chytrý, Frasere. Vidím, kam s tím jdeš. Při neuvěřitelně vysoké hustotě přemýšlíte, možná se kousek vesmíru odštěpil a udělal černou díru. Možná v těch časných mikrosekundách. A proč se nemohla ta černá díra rozšířit, aby spotřebovala zbytek vesmíru? A klíč zde není o hustotě, ale o rozdílech v hustotě. Černá díra ode mě odděluje to, že je mnohem hustší než já, nebo alespoň doufám. Díky tomu je černá díra. Je to mnohem hustší než okolí. Ale abyste vytvořili podobu černé díry, musíte mít trochu extra věcí jako v kapse, jako oblak plynu navíc nebo hvězdu, trochu vyšší hustotu než obvykle. Pak může gravitace fungovat a začít tahat další věci, další věci a další, budovy a budovy, dokud nezískáte gravitační kolaps, který vede k černé díře.

Paul: Ale v ranném vesmíru bylo všechno jednotné. Nebyly zjištěny žádné rozdíly v gravitaci. Ano, byla to neuvěřitelně vysoká hustota, ale pokud byste mohli být přepraveni zpět a skutečně přežít, necítili byste žádný gravitační tah nikde, protože každý směr je stejná hustota. Jste obklopeni stejným množstvím věcí ve všech směrech - není tam žádná gravitace. Všechno se navzájem ruší. Neexistuje tedy žádná příležitost, aby se vytvořila černá díra, protože žádné jedno místo ve vesmíru není hustější než jakékoli jiné, takže veškerá gravitace se zruší a nic nedostanete. Žádná černá díra - nepřijdou na scénu až mnohem, mnohem později v evoluci vesmíru, a do té doby je vesmír tak velký, že černé díry nemohou ovlivnit celkový vývoj.

4. Právě teď se vesmír rozšiřuje - jednou se zhroutí?

Paul: Jo, spousta astrofyziků a kosmologů si o to starosti už před desítkami let - mysleli jsme si, že ano, možná se vesmír nyní rozšiřuje, ale možná je v něm trochu příliš mnoho věcí - možná se expanze zpomalí, zastaví a pak obráceně, a pak bychom skončili v tomto masivním scénáři velké krize, opakem Velkého třesku.

Paul: Ale ukázalo se, že temná energie je tady a temná energie urychluje expanzi vesmíru, takže nejen že se vesmír každým dnem zvětšuje a zvětšuje, každým dnem se zrychluje a zrychluje. A to, no, to trochu naštve.

Zní to docela otevřeně a zavřeně, ale na této cestě je toho víc. Kdybyste vzali hmotu a energii celého vesmíru a proměnili byste ji v černou díru, měla by téměř stejnou hustotu jako samotný vesmír a horizont události větší než pozorovatelný vesmír.

Znamená to tedy, že ve skutečnosti žijeme uvnitř černé díry? Můžeme říct rozdíl?