Perché il big bang non ha prodotto solo un grande buco nero?

Domande che mi sono spesso posto:

1) Se tutta la materia e l'energia fossero concentrate in un unico punto del big bang, perché non era un buco nero o perché non ne formava uno?

2) Se il motivo n. 1 sopra non ha formato un buco nero è una delle diverse spiegazioni come l'inflazione o qualsiasi altra cosa, allora perché tutta la massa e l'energia non hanno formato un grande buco nero in un momento finito dopo questo big bang è accaduto? Ad esempio, ho (forse erroneamente) sentito che l'inflazione ha reso l'universo delle dimensioni di un'arancia. Bene, allora perché non ha formato un buco nero? O una volta che l'universo si è espanso, diciamo, alla dimensione della luna. Perché no allora? Basta inserire qualsiasi dimensione ragionevole tu voglia al posto di "arancione" o "luna". La domanda è: perché dopo il big bang non si è formato un buco nero da tutta la materia e l'energia?

Grazie.

Il tuo problema sorge essenzialmente dal tentativo di applicare la logica del buco nero di Schwarzchild, i cui presupposti sono praticamente violati al massimo dal big bang.

Quanto segue era vero al big bang e violava la solita logica di formazione del buco nero.

L'evento si è verificato ovunque nello spazio, non in realtà un punto. In particolare, l'energia è stata uniformemente distribuita ovunque. Il potenziale gravitazionale netto era quindi vicino allo zero e non c'era un punto in cui tutto potesse collassare. Inoltre, poiché la roba era ovunque, non vi era alcuna distesa di vuoto (in uno spaziotempo piatto, non meno) al di fuori della regione in collasso. Inoltre, le cose si stavano muovendo rapidamente, erano in uno stato fortemente eccitato e non erano in equilibrio termico (fino a quando l'inflazione non colpiva, e quindi le cose erano troppo diluite e causalmente disconnesse per collassare in massa).

Quanto a ciò che potremmo descrivere l'universo come al momento , non ne abbiamo idea. La relatività generale ha una singolarità spaziale lì, e successivamente non può dire altro. Si prevede che la relatività generale non sia una descrizione corretta dello spaziotempo nell'era della pre-inflazione, in gran parte perché la meccanica quantistica introduce effetti significativi in ​​quelle condizioni, ed è risaputo che le due teorie sono incompatibili.$t=0$

Modificare:

Questa domanda è stata posta sulla fisica SE molte volte.

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Forse le risposte lì saranno illuminanti.

Un buco nero è una regione dello spaziotempo separata da un orizzonte degli eventi, il che significa che nessun segnale dall'interno può propagarsi verso l'esterno, indipendentemente da quanto tempo si attende. A livello locale, non c'è nulla di speciale nell'orizzonte degli eventi; se cadi in un buco nero, non c'è nulla che segni che hai attraversato e nessun esperimento locale (a corto di spazio e durata) che ti dirà che sei già condannato. L'osservazione concettuale più importante qui è che un "buco nero" significa che non è definito dalle condizioni locali, ma dalla struttura dello spaziotempo su una scala più ampia.

Ciò significa che pensare ai buchi neri essenzialmente determinati da una certa densità è un errore. Ciò vale se si osserva la densità di un semplice caso di un buco nero di Schwarzschild: più grande è il buco nero, meno denso è (anche se per il volume, si applicano alcuni avvertimenti ). Non esiste un "punto di densità" magico per i buchi neri; se qualcosa fa o meno un buco nero è determinato dalle condizioni globali dello spaziotempo.

EDIT : il punto di @zibadawa di timmy riguardo all'uniformità è molto rilevante. Poiché tutti i punti nello spazio sono equivalenti, non esiste un punto speciale attorno al quale potrebbe formarsi un orizzonte degli eventi assoluto per racchiuderlo in un modo indipendente dall'osservatore, e quindi nessun buco nero. Questa è la differenza più importante in cui lo spaziotempo della struttura su larga scala nelle soluzioni Big Bang è molto diverso dagli scenari di collasso stellare.

1) Se tutta la materia e l'energia fossero concentrate in un unico punto del big bang, perché non era un buco nero o perché non ne formava uno?

La materia e l'energia non erano necessarie concentrate in un unico punto. Esistono solo cosmologie del Big Bang per le quali persino un'analogia realizzabile sono quelle che coinvolgono un universo chiuso, che sicuramente non è tutto. Ma questo è un malinteso separato.

Ma, per quanto ne sappiamo, la densità locale in ogni punto ha fatto divergono all'infinito in passato finito. Quindi ha ancora senso per chiedere perché non l'ha fatto , che causa la formazione di un buco nero. Ma la risposta è semplice: non è perché non c'è motivo per farlo, poiché l'entità della densità locale non è rilevante.

La domanda è: perché dopo il big bang non si è formato un buco nero da tutta la materia e l'energia?

Non abbiamo bisogno di un meccanismo speciale per prevenirlo perché in primo luogo non c'è alcun motivo generale per farlo diventare un buco nero.

Mi qualifico per 'generale' qui perché c'è un senso in cui una cosmologia di universo chiuso è già come l'interno di un buco nero e l'universo nel suo insieme potrebbe persino ricomparire come un Grande Crunch , imitando il tipo più ordinario di collasso stellare in un buco nero. Il Big Crunch è escluso empiricamente dalla scoperta che l'espansione cosmologica sta accelerando.

Quindi, ancora una volta, se forma o meno un buco nero dipende dalla struttura su larga scala dello spaziotempo, per quanto grande o piccola diventi la densità locale.

Ciò che gli scienziati dicono è che la massa non esisteva per la prima volta che era pura energia e che l'inflazione avveniva a velocità molto elevate (oltre 50 volte la velocità della luce), quindi anche quando apparivano particelle e massa (meno di 1 miliardo l'energia è stata convertita in massa, materia e antimateria in seguito: E = mc ^ 2) c'era un'altissima velocità di espansione, tale che Idrogeno ed Elio si formavano nei tassi (75% H, 25% He e pochissima quantità di Li ) ma nessun elemento più pesante afferma gli scienziati, le densità sono diminuite rapidamente e uniformemente (in termini di minuti a causa della velocità di espansione), d'altra parte un Blackhole richiede densità di massa molto elevate per formarsi.

Quindi è successo che le condizioni iniziali erano molto diverse da una grande stella / supernova e hanno portato a risultati diversi.

Un buco nero creato da, per esempio, il crollo di una stella ha un vuoto su un lato e la materia che si muove in una direzione (verso il centro) dall'altra diventa più densa col passare del tempo.

Il Big Bang rappresenta quasi l'esatto contrario: tutta la materia era circondata da una quantità uguale di materia altrettanto densa e tutta la materia si allontanava l'una dall'altra. In un universo così uniforme non c'è nulla che possa causare un singolare collasso.

Molto più tardi, quando la densità e il tasso di espansione erano più bassi, c'è la possibilità che il movimento casuale raccolga abbastanza massa per creare un buco nero ... tuttavia, in questo caso probabilmente stai parlando di miliardi di buchi neri - che ormai sarebbero innumerevoli buchi neri molto grandi.

Chi l'ha detto che non ha prodotto un grande buco nero?

Potremmo benissimo vivere in un grande buco nero. Se applichi la massa ipotizzata del nostro Universo all'equazione del raggio di Schwarzschild , il raggio risultante non sarà troppo lontano (in ordine di grandezza) al raggio osservabile dell'Universo visibile. In effetti, ciò che chiamiamo "Big Bang" potrebbe semplicemente essere la formazione del nostro "universo buco nero" da una stella precedente in un altro Universo (quindi la teoria di un "Multiverso"). Questo spiega almeno perché il nostro Universo è finito , ma apparentemente la luce o la materia non possono sfuggire.

Questo è stato proposto per la prima volta almeno 45 anni fa ( qui ), non so perché non sia più popolare, dal momento che è così affascinante. (Se vivi in ​​un paese povero - credo che la scienza dovrebbe essere universale, e non solo per i ricchi - suggerisco di usare sci-hub , come qui .)

Le risposte a questa domanda spiegano l'idea con maggiori dettagli.