ΤΟ BIG BANG ΉΤΑΝ ΜΙΑ ΜΑΎΡΗ ΤΡΎΠΑ;

Send

Fraser "Ρωτάει έναν διαστημόπλοιο" Δρ. Paul Matt Sutter - γιατί ονομάζουμε το Big Bang μια μοναδικότητα, όταν ονομάζουμε επίσης μοναδικότητες των μαύρων τρυπών;

Το Σύμπαν είναι γεμάτο συμπτώσεις. Ή το σχήμα του νεφελώματος Pac Man ή το νεφέλωμα του μάγου. Ή όπως η πλοκή του Force Awakens και κάθε άλλης ταινίας Star Wars, οι συμπτώσεις είναι παντού.

Αλλά εδώ είναι μια πολύ περίεργη σύμπτωση και έχει να κάνει με τη φύση του ίδιου του Σύμπαντος. Ακολουθήστε μαζί μου εδώ.

Ας εξετάσουμε τις μαύρες τρύπες, ένα θέμα που έχουμε καλύψει πολλές φορές σε αυτό το κανάλι. Αν έχετε παρακολουθήσει αρκετά από τα βίντεό μας, γνωρίζετε ότι μια μαύρη τρύπα είναι μια περιοχή χώρου όπου η ύλη και η ενέργεια έχουν πολτοποιηθεί τόσο πολύ ώστε η ταχύτητα διαφυγής της βαρύτητας να υπερβαίνει την ταχύτητα του φωτός.

Δεν γνωρίζουμε πόσο μεγάλες είναι οι μαύρες τρύπες, αλλά είναι πιθανό ότι έχουν συντριβεί σε μια απέραντα πυκνή περιοχή, γνωστή ως μοναδικότητα.

Singularity, singularity… πού έχουμε ακούσει αυτή τη λέξη πριν; Εκτός από τον Ray Kurzweil και το πλήρωμά του από τεχνολογικούς μοναδικούς.

Αυτή η λέξη εμφανίζεται όταν συζητάμε για το σχηματισμό του Σύμπαντος. η μεγάλη έκρηξη. Στην αρχή, πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, όλα σε ολόκληρο το Σύμπαν καταστράφηκαν σε μια περιοχή άπειρης πυκνότητας. Και μετά, σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου, όλα επεκτάθηκαν προς τα έξω.

Οι αστρονόμοι αποκαλούν αυτήν την περιοχή με άπειρη πυκνότητα τη μοναδικότητα του Big Bang.

Αυτό δεν μπορεί να είναι απλώς σύμπτωση, σωστά; Είναι η ίδια λέξη. Είναι το ίδιο όνομα!

Ήταν η μοναδικότητα του Big Bang απλώς μια μοναδικότητα της μαύρης τρύπας; Μια μαύρη τρύπα με όλη τη μάζα του Σύμπαντος μέσα της;

Θα παραδεχτώ, αυτή η ερώτηση είναι λίγο πιο πέρα από τη βαθμολογία μου. Για να εξηγήσω πλήρως την επιστήμη, σκέφτηκα ότι θα έφερνα κουδούνισμα. Ο Δρ Paul Matt Sutter είναι αστροφυσικός με το Πανεπιστήμιο του Οχάιο και το Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Τεργέστης.

Ο Παύλος ειδικεύεται στα κοσμικά κενά, γνωρίζει επίσης πολλά για το Big Bang και τις μαύρες τρύπες. Έχω φτάσει στον Παύλο στο σύνολο του podcast Ask a Spaceman και του έριξα αυτό το zinger.

Γεια σου Paul, ποια είναι η διαφορά μεταξύ της μοναδικότητας που δημιούργησε το Big Bang και της μοναδικότητας της black hole;

1. Ξεκίνησε ολόκληρο το Σύμπαν από μια πραγματικά τεράστια μαύρη τρύπα;
Paul: Ευχαριστώ, Fraser. Έτσι, όταν εξετάζουμε τις ιδιαιτερότητες, είναι σημαντικό να έχουμε κατά νου τι είναι μια μοναδικότητα. Η μοναδικότητα είναι ένας τόπος άπειρης πυκνότητας και αυτό δεν είναι πράγματι πράγμα. Σημαίνει απλώς ότι τα μαθηματικά που χρησιμοποιούμε για να περιγράψουμε το πράγμα έχουν καταρρεύσει. Σαν να έχουμε άπειρες απαντήσεις όταν προσπαθούμε να υπολογίσουμε τι συμβαίνει. Από όσο γνωρίζουμε, αυτά τα πράγματα, αυτές οι αναλύσεις στα μαθηματικά, συμβαίνουν σε δύο μέρη. Το ένα βρίσκεται στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας, όπου τα πράγματα συμπιέζονται τόσο πολύ που δεν μπορούμε πλέον να ακολουθήσουμε τα μαθηματικά, και την άλλη στιγμή είναι στο πολύ πρώιμο σύμπαν, όταν ολόκληρο το σύμπαν είναι στριμμένο σε έναν τόσο μικρό όγκο σε τόσο μεγάλες πυκνότητες που δεν μπορούμε πλέον να ακολουθούμε τα μαθηματικά. Αυτό είναι το μόνο πράγμα που έχουν κοινό - ότι υπάρχει μια μοναδικότητα, που σημαίνει ότι δεν μπορούμε πλέον να κάνουμε τα μαθηματικά.

Paul: Και παρόλο που είναι το ίδιο, είναι πολύ, πολύ διαφορετικά. Η μοναδικότητα μιας μαύρης τρύπας είναι ένα σημείο στο χωροχρόνο - όπως ζείτε στο σύμπαν και μπορείτε να επισημάνετε - υπάρχει μια μοναδικότητα όπως ακριβώς εκεί, ή εκεί ή πάνω εκεί. Είναι ένα κομμάτι του σύμπαντος που είναι ενσωματωμένο στο μεγαλύτερο σύμπαν, ενώ η μοναδικότητα του Big Bang είναι ολόκληρο το σύμπαν. Είναι ένα διαφορετικό πράγμα όπου ολόκληρο το σύμπαν συμπιέζεται σε τόσο απίστευτα υψηλές πυκνότητες που τα μαθηματικά μας δεν μπορούν να το παρακολουθούν πια.

2. Γιατί το πρώιμο σύμπαν δεν κατέρρευσε σε μια μαύρη τρύπα;
Paul: Ω, αυτή είναι μια πολύ καλή ερώτηση, Fraser. Σκέφτεστε αυτές τις απίστευτα υψηλές πυκνότητες στο πρώιμο σύμπαν και είναι φυσικό να αναρωτιέστε γιατί δεν συμπεριφερόταν απλά όπως συμπεριφέρεται μια μαύρη τρύπα και καταρρέει σε ένα απέραντο πυκνό σημείο - γιατί ακόμη και να ασχοληθείτε με την επέκταση; Και είναι σημαντικό να θυμόμαστε εδώ πόσο διαφορετικές μαύρες τρύπες είναι από το πρώιμο σύμπαν. Και στις δύο περιπτώσεις, χρησιμοποιούμε τη γενική σχετικότητα - αυτοί είναι οι νόμοι της βαρύτητας - διέπουν τους νόμους αυτών των συστημάτων. Αλλά χρησιμοποιούμε το ίδιο σύνολο εξισώσεων σε διαφορετικά σενάρια. Τα χρησιμοποιούμε για να περιγράψουμε διαφορετικά πράγματα. Η μαύρη τρύπα είναι μια συγκεκριμένη λύση στις εξισώσεις γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν και αυτή η λύση προέρχεται από την ερώτηση «Αν πάρω πολλά πράγματα εκεί και συμπιέσω σε απίστευτα υψηλές πυκνότητες, τι συμβαίνει;» Η απάντηση είναι ότι έχετε μια μοναδικότητα που περιβάλλεται από έναν ορίζοντα γεγονότων. Αυτό είναι ένα συγκεκριμένο σύνολο λύσεων στα μαθηματικά αυτού του σεναρίου.

Paul: Αλλά στο πρώιμο σύμπαν, έχουμε μια διαφορετική λύση - έχουμε ένα διαφορετικό πράγμα που συμβαίνει. Είναι ένα διαφορετικό σύμπαν. Η λύση της μαύρης τρύπας είναι στατική - είναι σταθερή, δεν αλλάζει με το χρόνο. Αυτή είναι μια υπόθεση στα μαθηματικά. Αλλά στον πρώιμο κόσμο, τα πράγματα αλλάζουν. Είναι ένα διαφορετικό σύνολο ερωτήσεων που προσπαθούμε να απαντήσουμε όταν εφαρμόζουμε τη γενική σχετικότητα στο πρώιμο σύμπαν είναι "Αν γεμίσω ομοιόμορφα ολόκληρο το σύμπαν με πολλά πράγματα, τι κάνει ολόκληρο το σύμπαν;" Αυτή είναι μια διαφορετική ερώτηση από την ερώτηση που θέτουμε σχετικά με τις μαύρες τρύπες και έτσι λαμβάνουμε μια διαφορετική απάντηση. Έτσι, παρόλο που έχουμε αυτήν την απίστευτα υψηλή πυκνότητα, η μαθηματική λύση που την περιγράφει, επειδή περιγράφουμε τη χρονική εξέλιξη του σύμπαντος, έχουμε διαφορετικές απαντήσεις από ό, τι παίρνουμε για τα κομμάτια της μαύρης τρύπας. Και όταν πρόκειται για το πρώιμο σύμπαν - όταν το γεμίζετε ομοιόμορφα με πολλά πράγματα και ρωτάτε τι συμβαίνει στο σύμπαν, υπάρχουν μόνο δύο απαντήσεις. Είτε τα πράγματα στο σύμπαν αναγκάζουν τα πράγματα να καταρρεύσουν και να συρρικνωθούν, είτε τα πράγματα στο σύμπαν προκαλούν το σύμπαν να επεκταθεί. Και εξαρτάται από το τι είναι φτιαγμένο το σύμπαν, και αποδεικνύεται, αρκετά εύχρηστο, ότι το σύμπαν είναι φτιαγμένο από το είδος του υλικού που το κάνει να επεκτείνεται. Αυτό είναι το στοιχείο της εξέλιξης του χρόνου εδώ που είναι σημαντικό - καθορίζει τη διαφορά μεταξύ του τι συμβαίνει στο πρώιμο σύμπαν και του τι συμβαίνει σε μια μαύρη τρύπα.

3. Θα μπορούσαν να δημιουργηθούν μαύρες τρύπες στο Πρώιμο Σύμπαν επειδή έχει τόσο μεγάλες πυκνότητες;
Paul: Ω ναι, πολύ έξυπνος, Fraser. Βλέπω πού πηγαίνετε με αυτό. Με απίστευτα υψηλές πυκνότητες, αναρωτιέστε ίσως ένα μικρό κομμάτι του σύμπαντος τρυπημένο και έφτιαξε μια μαύρη τρύπα. Ίσως σε αυτά τα πρώτα μικροδευτερόλεπτα. Και γιατί δεν μπορούσε αυτή η μαύρη τρύπα να έχει επεκταθεί για να καταναλώσει το υπόλοιπο σύμπαν; Και το κλειδί εδώ δεν αφορά την πυκνότητα, αλλά τις διαφορές στην πυκνότητα. Αυτό που χωρίζει μια μαύρη τρύπα από μένα είναι ότι είναι πολύ πιο πυκνό από εμένα, ή τουλάχιστον το ελπίζω. Αυτό το καθιστά μια μαύρη τρύπα. Είναι πολύ πιο πυκνό από το περιβάλλον. Αλλά για να φτιάξετε αυτή τη μορφή μαύρης τρύπας, έπρεπε να έχετε λίγο επιπλέον πράγματα όπως σε μια τσέπη, όπως ένα επιπλέον σύννεφο αερίου ή ένα αστέρι, λίγο υψηλότερη πυκνότητα από το κανονικό. Στη συνέχεια, η βαρύτητα μπορεί να λειτουργήσει και να αρχίσει να τραβάει περισσότερα πράγματα, και περισσότερα πράγματα, και περισσότερα, να χτίζει και να χτίζει μέχρι να πάρετε τη βαρυτική κατάρρευση που οδηγεί σε μια μαύρη τρύπα.

Paul: Αλλά στον πρώιμο κόσμο, όλα ήταν ομοιόμορφα. Δεν υπήρχαν διαφορές στη βαρύτητα. Ναι, ήταν απίστευτα υψηλή πυκνότητα, αλλά αν μπορούσατε να μεταφερθείτε εκεί πίσω και να επιβιώσετε στην πραγματικότητα, δεν θα αισθανόσασταν βαρυτική έλξη πουθενά γιατί κάθε κατεύθυνση έχει την ίδια πυκνότητα. Περικυκλώνεστε από την ίδια ποσότητα υλικού σε κάθε κατεύθυνση - δεν υπάρχει βαρύτητα. Όλα ακυρώνουν ο ένας τον άλλον. Δεν υπάρχει λοιπόν η ευκαιρία να σχηματιστεί μια μαύρη τρύπα, επειδή οποιοδήποτε σημείο στο σύμπαν δεν είναι πιο πυκνό από οποιοδήποτε άλλο, οπότε όλη η βαρύτητα ακυρώνεται και δεν παίρνετε τίποτα. Χωρίς μαύρη τρύπα - δεν έρχονται στη σκηνή μέχρι πολύ, πολύ αργότερα στην εξέλιξη του σύμπαντος, και εκείνη τη στιγμή, το σύμπαν είναι τόσο μεγάλο, οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν να επηρεάσουν τη συνολική εξέλιξη.

4. Αυτή τη στιγμή το σύμπαν επεκτείνεται - θα καταρρεύσει κάποια μέρα;

Paul: Ναι, πολλοί αστροφυσικοί και κοσμολόγοι ανησυχούν για αυτό πριν από δεκαετίες - σκεφτήκαμε ότι ναι, ίσως το σύμπαν επεκτείνεται τώρα, αλλά ίσως υπάρχει λίγο πολύ πράγματα σε αυτό - ίσως αυτή η επέκταση να επιβραδυνθεί, να σταματήσει και μετά αντίστροφα, και τότε θα καταλήξαμε σε αυτό το τεράστιο σενάριο μεγάλης κρίσης, το αντίθετο του Big Bang.

Paul: Αλλά αποδεικνύεται, η σκοτεινή ενέργεια είναι εδώ και η σκοτεινή ενέργεια κάνει την επέκταση του σύμπαντος να επιταχύνεται, οπότε όχι μόνο το σύμπαν μεγαλώνει και μεγαλώνει κάθε μέρα, αλλά γίνεται όλο και πιο γρήγορο κάθε μέρα. Και αυτό, λοιπόν, είναι κάπως χάλια.

Αυτό ακούγεται αρκετά ανοιχτό και κλειστό, αλλά υπάρχουν περισσότερα σε αυτό το ταξίδι. Εάν πήρατε τη μάζα και την ενέργεια ολόκληρου του Σύμπαντος και το μετατρέπατε σε μια μαύρη τρύπα, θα είχε σχεδόν την ίδια πυκνότητα με το ίδιο το Σύμπαν και έναν ορίζοντα γεγονότων μεγαλύτερο από το παρατηρήσιμο Σύμπαν.

Αυτό σημαίνει, λοιπόν, ότι ζούμε μέσα σε μια μαύρη τρύπα; Θα μπορούσαμε να πούμε τη διαφορά;