Dr. Matt Matt Sutter, Fraser "sprašuje vesoljca" - zakaj imenujemo Big Bang posebnost, ko imenujemo tudi posebnosti črnih lukenj?
Vesolje je polno naključij. Ali oblika meglice Pac Man ali Meglica čarovnika. Ali kot zaplet Force Awakens in vsakega drugega filma Star Wars, so tudi naključja povsod.
Toda tu je precej nenavadno naključje in ima povezavo z naravo samega Vesolja. Sledi skupaj z mano tukaj.
Razmislimo o črnih luknjah, o katerih smo na tem kanalu govorili že večkrat. Če ste si ogledali dovolj naših videoposnetkov, veste, da je črna luknja prostor, v katerem so snov in energija tako gneteni, da gravitacijska hitrost bega presega svetlobno hitrost.
Ne vemo, kako velike so črne luknje, vendar je možno, da so se zdrobili v neskončno gosto območje, znano kot posebnost.
Singularnost, posebnost… kje smo že slišali to besedo? Razen Ray Kurzweil in njegova ekipa tehnoloških singularitarjev.
Ta beseda se pojavi, ko razpravljamo o nastanku Vesolja; veliki pok. Na začetku, pred 13,8 milijarde let, je bilo vse v celotnem Vesolju podrto na območje neskončne gostote. In potem se je v delčku sekunde vse razširilo navzven.
Astronomi to območje neskončne gostote imenujejo posebnost Big Bang.
To ne more biti samo naključje, kajne? To je ista beseda. ISTA BESEDA!
Je bila posebnost Big Bang samo resnično velika posebnost črne luknje? Črna luknja z vso maso Vesolja v njej?
Priznati bom, to vprašanje malo presega mojo plačo. Da bi v celoti razložil znanost, sem mislil, da bom prinesel zvonjenje. Paul Matt Sutter je astrofizik z Državne univerze Ohio in Trstnega astronomskega observatorija.
Paul je specializiran za kozmične praznine, veliko tudi pozna tako o velikem naletu kot črnih luknjah. Do Pavla sem prišel na snemanju njegovega podcasta Ask a Spaceman in mu vrgel ta zinger prav nanj.
Hej Paul, kakšna je razlika med singularnostjo, ki je tvorila Veliki prasak, in posebnostjo črne luknje?
1. Ali se je celoten Vesolj začel iz resnično velike črne luknje?
Paul: Hvala, Fraser. Torej, ko gledamo posebnosti, je pomembno upoštevati, kaj je singularnost. Singularnost je kraj neskončne gostote in to v resnici ni stvar. To samo pomeni, da se je matematika, ki jo uporabljamo za opisovanje stvari, razbila. Kot da v odgovorih dobimo neskončnosti, ko poskušamo izračunati, kaj se dogaja. Kolikor vemo, se tovrstne stvari, te razčlenitve v matematiki, dogajajo na dveh mestih. Ena je v središču črne luknje, kjer se stvari tako stisnejo navzdol, da matematiki ne moremo več slediti, drugi čas pa je v zelo zgodnjem vesolju, ko se celotno vesolje zdrobi v tako majhen obseg pri tako visoki gostoti, da matematiki ne moremo več slediti. To je edino, kar imata skupnega - da obstaja posebnost, kar pomeni, da ne moremo več delati matematike.
Pavel: In čeprav so enaki, so zelo, zelo različni. Posebnost črne luknje je točka v vesolju - kot živite v vesolju in lahko kažete - obstaja posebnost, kot je tam, tam ali tam. To je del vesolja, ki je vpet v širše vesolje, medtem ko je posebnost Big Bang celotnega vesolja. Drugače je, če se celotno vesolje strdi pri tako neverjetno visokih gostotah, da ga naša matematika ne more več spremljati.
2. Zakaj se zgodnje vesolje ni ravno zrušilo nazaj v črno luknjo?
Paul: Oh, to je zelo dobro vprašanje, Fraser. Razmišljate o teh neverjetno visokih gostotah v zgodnjem vesolju, in naravno je, da se sprašujete, zakaj se ni obnašal tako, kot da se obnaša črna luknja in se zruši v neskončno gosto točko - zakaj se sploh trudi širiti? In tukaj je pomembno zapomniti, kako različne so črne luknje iz zgodnjega vesolja. V obeh primerih uporabljamo splošno relativnost - to so zakoni gravitacije - ki urejajo zakone teh sistemov. Toda v različnih scenarijih uporabljamo enak nabor enačb. Uporabljamo jih za opis različnih stvari. Črna luknja je posebna rešitev Einsteinovih enačb splošne relativnosti in ta rešitev izvira iz vprašanja "Če odnesem kup stvari tam in ga strnem do neverjetno visoke gostote, kaj se zgodi?" Odgovor je, da dobite posebnost, obkroženo z obzorjem dogodkov. To je en poseben sklop rešitev matematike tega scenarija.
Pavel: Toda v zgodnjem vesolju imamo drugačno rešitev - dogaja se drugače. To je drugačno vesolje. Rešitev črne luknje je statična - popravljena je, s časom se ne spreminja. To je predpostavka matematike. Toda v zgodnjem vesolju se stvari spreminjajo. Na različna vprašanja, na katera poskušamo odgovoriti, ko uporabimo splošno relativnost v zgodnjem vesolju, je "Če celotno vesolje enakomerno napolnim s celim kupom stvari, kaj počne celotno vesolje?" To je drugačno vprašanje kot vprašanje, ki ga postavljamo o črnih luknjah, in tako dobimo drugačen odgovor. Čeprav imamo to neverjetno veliko gostoto, matematično rešitev, ki jo opisuje, ker opisujemo časovni razvoj vesolja, dobimo drugačne odgovore, kot jih dobimo za koščke črne luknje. In ko gre za zgodnje vesolje - ko ga enakomerno napolniš s kopico stvari in vprašaš, kaj za vraga se dogaja z vesoljem, obstajata le dva odgovora. Ali stvari v vesolju povzročijo, da se stvari sesedejo in strnejo, ali pa stvari v vesolju povzročijo, da se vesolje širi. In odvisno je od tega, iz česa je vesolje sestavljeno, in izkaže se dovolj priročno, da je vesolje narejeno iz takšnih stvari, zaradi katerih se širi. Tu je pomembna komponenta časovne evolucije - ta določa razliko med dogajanjem v zgodnjem vesolju in tistim, ki se dogaja v črni luknji.
3. Ali bi se v zgodnjem vesolju lahko oblikovale črne luknje, ker ima tako visoke gostote?
Paul: O ja, zelo pameten, Fraser. Vidim, kam greš s tem. Z neverjetno visokimi gostotami se sprašujete, da se je morda majhen delček vesolja spotaknil in naredil črno luknjo. Mogoče v tistih zgodnjih mikrosekundah. In zakaj se črna luknja ne bi razširila tako, da bi zaužila preostanek vesolja? Pri tem ključno ni gostota, ampak razlike v gostoti. Črna luknja me loči od tega, da je bolj gosta od mene, ali vsaj upam. Zaradi tega je črna luknja. Veliko bolj gosta je od okolice. Da pa bi naredili to črno luknjo, bi morali imeti malo dodatnih stvari, kot v žepu, kot dodaten oblak plina ali zvezde, nekoliko višjo gostoto od običajne. Nato lahko gravitacija deluje in začnete vleči več stvari in več stvari in še več, graditi in graditi, dokler ne pride do gravitacijskega kolapsa, ki vodi v črno luknjo.
Pavel: Toda v zgodnjem vesolju je bilo vse enotno. V gravitaciji ni bilo razlik. Ja, bila je neverjetno velika gostota, toda če bi te lahko prevažali tja in dejansko preživeli, ne bi čutili nobenega gravitacijskega vlečenja kamorkoli, ker je vsaka smer enake gostote. Obkroženi ste z isto količino stvari v vseh smereh - ni gravitacije. Vse skupaj odpove. Torej ni nobene priložnosti, da bi se oblikovala črna luknja, ker katera koli točka v vesolju ni bolj gosta kot katera koli druga, zato se vsa gravitacija odpove in ne dobiš ničesar. Brez črne luknje - na prizorišče ne prihajajo še mnogo, veliko kasneje v evoluciji vesolja, in do takrat je vesolje tako veliko, da črne luknje ne morejo vplivati na celoten razvoj.
4. Zdaj se vesolje širi - se bo nekoč zrušilo?
Paul: Ja, pred tem desetletji skrbi veliko astrofizikov in kozmologov - mislili smo, da ja, morda se vesolje zdaj širi, a morda je v njem malo preveč stvari - morda se bo ta širitev upočasnila, ustavila in nato obratno, in potem bi končali v tem velikem scenariju velikega krča, nasprotno od velikega poka.
Pavel: Toda izkazalo se je, da je temna energija tu in zaradi temne energije se širjenje vesolja pospešuje, zato ne samo, da je vesolje vsak dan večje in večje, temveč vsak dan hitreje in hitreje. In to, no, to nekako zanič.
Zveni precej odprto in zaprto, a na tej poti je še več. Če bi vzeli maso in energijo celotnega Vesolja in ga spremenili v črno luknjo, bi imela skoraj enako gostoto kot Vesolje in celotno obzorje, večje od vesolja, ki ga je mogoče opazovati.
Ali to pomeni, da v resnici živimo v črni luknji? Bi lahko povedali razliko?
Podcast (zvok): Prenos (Trajanje: 5:13 - 4,8 MB)
Naročite se: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Prenos (Trajanje: 5:35 - 66.3MB)
Naročite se: Apple Podcasts | Android | RSS
