VAR BIG BANG BARE ET SORT HUL?

Send

Fraser "spørger en rumskvinde" Dr. Paul Matt Sutter - hvorfor kalder vi Big Bang en enestående, når vi også kalder sorte huller singulariteter?

Universet er fyldt med tilfældigheder. Eller formen på Pac Man Nebula eller Wizard Nebula. Eller som plotet om Force Awakens og enhver anden Star Wars-film, er tilfældighederne overalt.

Men her er en temmelig mærkelig tilfældighed, og det har at gøre med selve universets natur. Følg med mig her.

Lad os overveje sorte huller, et emne, vi har behandlet mange gange på denne kanal. Hvis du har set nok af vores videoer, ved du, at et sort hul er et område i rummet, hvor stof og energi er blevet mødt så tæt, at tyngdekraftslukningshastigheden overstiger lysets hastighed.

Vi ved ikke, hvor store sorte huller er, men det er muligt, at de er knust ned i et uendeligt tæt område, kendt som en singularitet.

Singularitet, singularitet ... hvor har vi hørt det ord før? Bortset fra Ray Kurzweil og hans besætning af teknologiske singularitarer.

Dette ord kommer op, når vi diskuterer dannelsen af universet; det store brag. Tilbage i starten for 13,8 milliarder år siden blev alt i hele universet knust ned i et område med uendelig tæthed. Og så på et brøkdel af et sekund ekspanderede alt udad.

Astronomer kalder denne region med uendelig tæthed Big Bang-singulariteten.

Dette kan ikke bare være en tilfældighed, ikke? Det er det samme ord. Det er SAMME ORD!

Var Big Bang-singulariteten bare en virkelig stor sort hul-singularitet? Et sort hul med al universets masse inde i det?

Jeg vil indrømme, at dette spørgsmål er lidt ud over min lønningsgrad. For fuldt ud at forklare videnskaben tænkte jeg, at jeg ville bringe en ringetone. Dr. Paul Matt Sutter er en astrofysiker ved Ohio State University og det astronomiske observatorium i Trieste.

Paul er specialiseret i kosmiske hulrum, han ved også masser om både Big Bang og sorte huller. Jeg har nået Paul på sættet af hans Ask a Spaceman-podcast og kastet denne zinger lige mod ham.

Hey Paul, hvad er forskellen mellem singulariteten, der dannede Big Bang og en sort hul singularitet?

1. Begyndte hele universet fra et virkelig massivt sort hul?
Paul: Tak, Fraser. Så når vi ser på singulariteter, er det vigtigt at huske, hvad en singularitet er. En singularitet er et sted med uendelig tæthed, og det er ikke rigtig noget. Det betyder bare, at matematikken, som vi bruger til at beskrive tingene, er brudt ned. Som vi får uendeligheder i vores svar, når vi prøver at beregne, hvad der foregår. Så vidt vi ved, sker denne slags ting, disse sammenbrud i matematikken, to steder. Den ene er i midten af et sort hul, hvor ting komprimeres så meget, at vi ikke længere kan følge matematikken, og den anden tid er i det meget tidlige univers, når hele universet knuses ned i et så lille volumen ved så høje tætheder, at vi ikke kan følge matematikken mere. Så det er det eneste, de har til fælles - at der er en entydighed, hvilket betyder, at vi ikke kan gøre matematikken mere.

Paul: Og selvom de er ens, er de meget, meget forskellige. En sorte huls singularitet er et punkt i rumtiden - som om du bor i universet, og du kan pege - der er en singularitet som lige derovre, eller derovre eller derovre. Det er et stykke af universet, der er indlejret i det større univers, mens Big Bang-singulariteten er hele universet. Det er en anden ting, hvor hele universet er komprimeret ved så utroligt høje tætheder, at vores matematik ikke kan holde styr på det mere.

2. Hvorfor kollapsede det tidlige univers ikke bare tilbage i et sort hul?
Paul: Åh, det er et meget godt spørgsmål, Fraser. Du tænker på disse utroligt høje tætheder i det tidlige univers, og det er naturligt at undre sig over, hvorfor det ikke bare opførte sig som et sort hul opfører sig og knaser ned i et uendeligt tæt punkt - hvorfor endda gider at udvide? Og det er vigtigt at huske her, hvor forskellige sorte huller er fra det tidlige univers. I begge tilfælde bruger vi generel relativitet - det er tyngdekraften - de styrer lovgivningen i disse systemer. Men vi bruger det samme sæt ligninger i forskellige scenarier. Vi bruger dem til at beskrive forskellige ting. Et sort hul er en særlig løsning på Einsteins ligninger af generel relativitet, og den løsning kommer fra at stille spørgsmålet "Hvis jeg tager en masse ting derovre og kompakterer det ned til utroligt høje tætheder, hvad sker der så?" Svaret er, at du får en singularitet omgivet af en begivenhedshorisont. Det er et bestemt sæt af løsninger på matematikken i det scenarie.

Paul: Men i det tidlige univers har vi en anden løsning - vi har en anden ting, der sker. Det er et andet univers. Black hole-løsningen er statisk - den er fast, den ændrer sig med tiden. Det er en antagelse i matematikken. Men i det tidlige univers ændrer ting sig. Det er et andet sæt spørgsmål, vi prøver at besvare, når vi anvender generel relativitet på det tidlige univers er "Hvis jeg fylder hele universet jævnt med en hel masse ting, hvad gør så hele universet?" Det er et andet spørgsmål end det spørgsmål, vi stiller om sorte huller, og så får vi et andet svar. Så selvom vi har den utroligt høje tæthed, den matematiske løsning, der beskriver det, fordi vi beskriver universets tidsudvikling, får vi andre svar, end vi får for det sorte hul. Og når det kommer til det tidlige univers - når du fylder det jævnt med en masse ting og spørger, hvad pokker, der sker med universet, er der kun to svar. Enten får tingene i universet tingene til at kollapse og sammentrække, eller tingene i universet får universet til at ekspandere. Og det afhænger af, hvad universet er lavet af, og det viser sig praktisk nok, at universet er lavet af den slags ting, der får det til at udvide. Det er den tidsudviklingskomponent her, der er vigtig - der sætter forskellen mellem hvad der sker i det tidlige univers og hvad der sker i et sort hul.

3. Kunne der dannet sig sorte huller i det tidlige univers, fordi det har så høje densiteter?
Paul: Åh ja, meget klog, Fraser. Jeg kan se, hvor du går hen imod. Med utroligt høje tætheder undrer du dig over, at et lille stykke af universet klemmede sig og lavede et sort hul. Måske i de tidlige mikrosekunder. Og hvorfor kunne det sorte hul ikke udvides til at forbruge resten af universet? Og nøglen her handler ikke om tæthed, det handler om forskelle i tæthed. Hvad der adskiller et sort hul fra mig er, at det er langt mere tæt end mig, eller i det mindste håber jeg det. Det er det, der gør det til et sort hul. Det er meget mere tæt end det er omgivelser. Men for at få det sorte hul til at forme sig, var du nødt til at have en lille smule ekstra ting som i en lomme, som en ekstra gassky eller en stjerne, lidt højere tæthed end normalt. Derefter kan tyngdekraften arbejde, og begynde at trække flere ting, og flere ting, og mere, bygge og opbygge, indtil du får det tyngdepunkt, der fører til et sort hul.

Paul: Men i det tidlige univers var alt ensartet. Der var ingen forskelle i tyngdekraften. Ja, det var utroligt høj tæthed, men hvis du kunne transporteres tilbage dit og faktisk overleve, ville du ikke mærke noget tyngdepunkt overalt, fordi hver retning er den samme tæthed. Du er omgivet af den samme mængde ting i alle retninger - der er ingen tyngdekraft. Det hele annullerer hinanden. Så der er ingen mulighed for, at et sort hul dannes, fordi ethvert sted i universet ikke er mere tæt end nogen anden, så al tyngdekraft bortfalder, og du får intet. Intet sort hul - de kommer ikke på scenen før meget, meget senere i universets udvikling, og på det tidspunkt er universet så stort, de sorte huller kan ikke påvirke den samlede udvikling.

4. Lige nu udvides universet - vil det en dag kollapse?

Paul: Ja, mange astrofysikere og kosmologer bekymrer sig om dette årtier siden - vi troede, at ja, måske udvides universet nu, men måske er der lidt for meget ting i det - måske vil ekspansionen blive langsommere, stoppe og derefter omvendt, og så ender vi i dette massive big crunch-scenario, det modsatte af Big Bang.

Paul: Men det viser sig, mørk energi er her, og mørk energi får udvidelsen af universet til at accelerere, så ikke kun universet bliver større og større hver dag, det bliver hurtigere og hurtigere hver eneste dag. Og det godt.

Det lyder temmelig åbent og lukket, men der er mere ved denne rejse. Hvis du tog massen og energien i hele universet og gjorde det til et sort hul, ville det have næsten den samme tæthed som selve universet, og en hændelseshorisont større end det observerbare univers.

Så betyder det, at vi faktisk bor inde i et sort hul? Kunne vi fortælle forskellen?