Фрейзър "Пита космонавт" д-р Пол Мат Сътър - защо наричаме Големия взрив сингулярност, когато наричаме и черни дупки сингулярности?
Вселената е изпълнена със съвпадения. Или формата на мъглявината на Pac Man или мъглявината Wizard. Или като сюжета на Force Awakens и всеки друг филм за Междузвездни войни, съвпаденията са навсякъде.
Но ето едно доста странно съвпадение и това е свързано с природата на самата Вселена. Следвайте заедно с мен тук.
Нека разгледаме черните дупки, тема, която сме обсъждали много пъти в този канал. Ако сте гледали достатъчно наши видеоклипове, знаете, че черната дупка е област от космоса, където материята и енергията са разтопени толкова гъсто, че скоростта на гравитационното бягство надвишава скоростта на светлината.
Не знаем колко големи са черните дупки, но е възможно те да са смачкани в безкрайно плътен регион, известен като сингулярност.
Сингулярност, сингулярност ... къде сме чували тази дума преди? Освен Рей Курцвайл и екипа му от технологични сингулярници.
Тази дума се появява, когато обсъждаме формирането на Вселената; големият взрив. В началото, преди 13,8 милиарда години, всичко в цялата Вселена беше разбито в регион с безгранична плътност. И тогава, за части от секундата, всичко се разшири навън.
Астрономите наричат този регион с безкрайна плътност особеността на Големия взрив.
Това не може да е просто съвпадение, нали? Това е една и съща дума. Една и съща дума!
Дали сингулярността на Големия взрив беше само една наистина голяма черна дупка? Черна дупка с цялата маса на Вселената вътре в нея?
Ще призная, този въпрос е малко над заплатата ми. За да обясня напълно науката, реших, че ще донеса звънец. Д-р Пол Мат Сътър е астрофизик от Държавния университет в Охайо и Астрономическата обсерватория в Триест.
Пол е специализиран в космическите празноти, той също знае много както за Големия взрив, така и за черните дупки. Стигнах до Пол на снимачната площадка на неговия подкаст Ask a Spaceman и хвърлих тоя зингър право към него.
Хей Пол, каква е разликата между сингулярността, която формира Големия взрив, и сингулярността на черната дупка?
1. Цялата Вселена започна ли от наистина масивна черна дупка?
Пол: Благодаря, Фрейзър. Така че, когато разглеждаме особеностите, е важно да имаме предвид какво е сингулярност. Еднообразието е място с безкрайна плътност и това всъщност не е нещо. Това просто означава, че математиката, която използваме за да опишем нещата, се е развалила. Като че получаваме безкрайности в нашите отговори, когато се опитваме да изчислим какво става. Доколкото знаем, тези неща, тези разрушения в математиката, се случват на две места. Единият е в центъра на черна дупка, където нещата са сгъстени толкова много, че вече не можем да следваме математиката, а другият път е в много ранната Вселена, когато цялата вселена е смачкана до толкова малък обем при толкова висока плътност, че вече не можем да следваме математиката. Това е единственото нещо, което имат общо - че има сингулярност, което означава, че не можем да правим повече математика.
Павел: И така, въпреки че са еднакви, те са много, много различни. Сингулярността на черната дупка е точка в космическото време - както живеете във Вселената и можете да сочите - има сингулярност като точно там, или там, или там. Това е частица от Вселената, която е вградена в по-голямата вселена, докато сингулярността на Големия взрив е цялата цяла Вселена. По-различно е, че цялата вселена се уплътнява при толкова невероятно високи плътности, че нашата математика вече не може да я следи.
2. Защо ранната Вселена не просто се е срутила обратно в черна дупка?
Пол: О, това е много добър въпрос, Фрейзър. Мислиш за тези невероятно високи плътности в ранната вселена и е естествено да се чудиш защо не се е държал просто така, както се държи черна дупка и се стиска до безкрайно плътна точка - защо дори се притесняваш да се разширяваш? И е важно да запомните тук колко са различни черните дупки от ранната Вселена. И в двата случая ние използваме общата относителност - това са законите на гравитацията - те управляват законите на тези системи. Но ние използваме един и същ набор от уравнения в различни сценарии. Ние ги използваме, за да опишем различни неща. Черната дупка е конкретно решение на уравненията на Айнщайн с обща относителност и това решение идва от задаването на въпроса „Ако вземем куп неща там и ги уплътня до невероятно висока плътност, какво се случва?“ Отговорът е, че получавате уникалност, заобиколена от хоризонт на събитията. Това е един конкретен набор от решения за математиката на този сценарий.
Павел: Но в ранната вселена имаме различно решение - имаме различно нещо. Това е различна вселена. Решението на черната дупка е статично - фиксирано е, не променя времето. Това е предположение в математиката. Но в ранната Вселена нещата се променят. Това е различен набор от въпроси, на които се опитваме да отговорим, когато прилагаме обща относителност към ранната Вселена, е „Ако запълня равномерно цялата вселена с цял куп неща, какво прави цялата Вселена?“ Това е различен въпрос от въпроса, който задаваме за черните дупки и затова получаваме различен отговор. Така че въпреки че имаме тази невероятно висока плътност, математическото решение, описващо го, тъй като описваме еволюцията на времето във Вселената, получаваме различни отговори, отколкото получаваме за битовете на черната дупка. А когато става въпрос за ранната Вселена - когато я напълниш равномерно с куп неща и питаш какво по дяволите се случва с Вселената, има само два отговора. Или нещата във Вселената причиняват разпадането и свиването на нещата, или нещата във Вселената причиняват разширяване на Вселената. И зависи от какво е направена Вселената и се оказва достатъчно удобно, че Вселената е направена от вида, който я кара да се разширява. Точно тук е важният компонент за еволюция на времето - който определя разликата между случващото се в ранната Вселена и това, което се случва в черна дупка.
3. Могат ли да се образуват черни дупки в ранната Вселена, защото тя има толкова високи плътности?
Пол: О, да, много умен, Фрейзър. Виждам къде отиваш с това. С невероятно висока плътност се чудите може би малко парченце от Вселената се е откъснало и е направило черна дупка. Може би в тези ранни микросекунди. И защо тази черна дупка не се е разширила, за да консумира останалата част от Вселената? И ключът тук не е в плътността, а в разликите в плътността. Това, което отделя черна дупка от мен, е, че е много по-гъста от мен, или поне се надявам. Това го прави черна дупка. Тя е много по-гъста, отколкото е в околността. Но за да направите тази черна дупка, трябва да имате малко допълнителни неща, като в джоб, като допълнителен газов облак или звезда, малко по-висока плътност от нормалната. Тогава гравитацията може да работи и започнете да дърпате повече неща и още неща и още, изграждайки и изграждайте, докато не получите гравитационния срив, който води до черна дупка.
Павел: Но в ранната вселена всичко беше еднообразно. Нямаше разлики в гравитацията. Да, беше невероятно висока плътност, но ако можеше да бъде транспортиран до там и действително да оцелееш, нямаше да почувстваш никъде гравитационно дърпане, защото всяка посока е една и съща плътност. Вие сте заобиколени от едно и също количество неща във всяка посока - няма гравитация. Всичко се отменя взаимно. Така че няма възможност да се образува черна дупка, защото всяко едно петно във Вселената не е по-плътно от което и да е друго, така че цялата гравитация се отменя и не получавате нищо. Няма черна дупка - те не излизат на сцената до много, много по-късно от еволюцията на Вселената и по това време Вселената е толкова голяма, че черните дупки не могат да повлияят на цялостната еволюция.
4. В момента Вселената се разширява - някой ден ще се срине?
Пол: Да, много астрофизици и космолози се притесняват от това преди десетилетия - мислехме, че да, може би Вселената се разширява сега, но може би има малко прекалено много неща в нея - може би това разширение ще се забави, ще спре и след това обратно и тогава щяхме да се озовем в този мащабен сценарий за голям кризис, обратен на Големия взрив.
Павел: Но се оказва, че тъмната енергия е тук, а тъмната енергия кара разширяването на Вселената да се ускорява, така че не само Вселената става все по-голяма и по-голяма с всеки изминал ден, но и с всеки изминал ден. И това, добре, това нещо е гадно.
Това звучи доста отворено и затворено, но има още за това пътуване. Ако вземете масата и енергията на цялата Вселена и я превърнете в черна дупка, тя би имала почти същата плътност като самата Вселена и хоризонт на събитията, по-голям от наблюдаваната Вселена.
Значи ли това означава, че всъщност живеем вътре в черна дупка? Бихме ли могли да кажем разликата?
Podcast (аудио): Изтегляне (Продължителност: 5:13 - 4.8MB)
Абонирайте се: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (видео): Изтегляне (Продължителност: 5:35 - 66.3MB)
Абонирайте се: Apple Podcasts | Android | RSS
