Фрейзер "Запитує космонавта" доктор Пол Метт Саттер - чому ми називаємо Великий вибух особливістю, коли ми також називаємо особливості чорних дір?
Всесвіт наповнений збігами. Або форму туманність людини Пака або туманність Чарівника. Або як сюжет про пробудження сили та будь-який інший фільм «Зоряні війни», збіги є скрізь.
Але ось досить дивний збіг, і це стосується природи самого Всесвіту. Слідкуйте разом зі мною тут.
Розглянемо чорні діри - тему, яку ми багато разів висвітлювали на цьому каналі. Якщо ви переглянули достатньо наших відео, ви знаєте, що чорна діра - це область простору, де речовина та енергія розточуються настільки щільно, що швидкість гравітаційного втечі перевищує швидкість світла.
Ми не знаємо, наскільки великі чорні діри, але можливо, вони розбилися в нескінченно щільний регіон, відомий як особливість.
Сингулярність, сингулярність… де ми чули це слово раніше? Крім Рея Курцвейла та його бригади технологічних сингулярників.
Це слово з'являється, коли ми обговорюємо формування Всесвіту; Великий вибух. На початку, 13,8 мільярда років тому, все у Всесвіті було розбито на область нескінченної щільності. А потім за частку секунди все розширилося назовні.
Астрономи називають цю область нескінченної щільності особливістю Великого вибуху.
Це не може бути просто збігом, правда? Це те саме слово ІМЕ СЛОВО!
Чи була особливість Великого вибуху справді великою особливістю чорної діри? Чорна діра з усією масою Всесвіту всередині неї?
Маю визнати, це питання трохи перевищує мою зарплату. Щоб повністю пояснити науку, я подумав, що принесу дзвоник. Доктор Пол Метт Саттер - астрофізик з Університету штату Огайо та Астрономічної обсерваторії Трієста.
Пол спеціалізується на космічних порожнечах, він також багато знає як про Великий вибух, так і про чорні діри. Я дістався Павла на знімку його подкасту "Запитати космонавта" і кинув цього зінгера прямо на нього.
Ей Пол, у чому різниця між сингулярністю, що утворила Великий вибух, і особливістю чорної діри?
1. Чи почався весь Всесвіт з дійсно масивної чорної діри?
Пол: Спасибі, Фрейзер. Отже, коли ми розглядаємо особливості, важливо пам’ятати, що таке сингулярність. Сингулярність - це місце нескінченної щільності, і це насправді не річ. Це просто означає, що математика, яку ми використовуємо для опису речі, зламалася. Наче ми отримуємо нескінченність у своїх відповідях, коли намагаємося обчислити, що відбувається. Наскільки нам відомо, такі речі, ці розбиття в математиці, трапляються в двох місцях. Один знаходиться в центрі чорної діри, де матеріал стискається так сильно, що ми вже не можемо слідувати математиці, а інший час знаходиться в самому ранньому Всесвіті, коли весь Всесвіт розсипається в такий крихітний об'єм при такій високій щільності, що ми вже не можемо слідувати математиці. Тож це єдине, що у них спільне - це особливість, це означає, що ми більше не можемо робити математику.
Пол: І тому, хоча вони однакові, вони дуже, дуже різні. Сингулярність чорної діри - це точка у космічному часі - як ти живеш у Всесвіті, і ти можеш вказувати - є сингулярність, як прямо там, то там, то там. Це частинка Всесвіту, яка вбудована у більшу Всесвіт, тоді як особливість Великого Вибуху - це весь весь Всесвіт. Це зовсім інше, коли весь Всесвіт ущільнюється при такій неймовірно високій щільності, що наша математика вже не може його відстежувати.
2. Чому ранній Всесвіт просто не впав назад у чорну діру?
Пол: О, це дуже гарне питання, Фрейзер. Ви думаєте про ці неймовірно високі щільності в ранньому Всесвіті, і природно дивуватися, чому він просто не поводився так, як поводиться чорна діра і руйнується в нескінченно щільну точку - чому навіть турбуватися розширюватися? І тут важливо пам’ятати, як відрізняються чорні діри від раннього Всесвіту. В обох випадках ми використовуємо загальну відносність - це закони сили тяжіння - вони регулюють закони цих систем. Але ми використовуємо однаковий набір рівнянь у різних сценаріях. Ми використовуємо їх для опису різних речей. Чорна діра - це особливе рішення рівнянь загальної відносності Ейнштейна, і це рішення походить від запитання "Якщо я візьму туди купу речей і згущую її до неймовірно високої щільності, що відбувається?" Відповідь полягає в тому, що ви отримуєте особливість, оточену горизонтом подій. Це один конкретний набір рішень для математики цього сценарію.
Пол: Але в ранньому Всесвіті у нас різне рішення - у нас відбувається різна річ. Це інший Всесвіт Рішення чорної діри статичне - воно виправлене, воно не змінюється з часом. Це припущення в математиці. Але в ранньому Всесвіті все змінюється. Це різні запитання, на які ми намагаємось відповісти, коли застосовуємо загальну відносність до раннього Всесвіту: "Якщо я рівномірно заповнюю весь Всесвіт цілою купою речей, що робить весь Всесвіт?" Це питання інше, ніж питання, яке ми задаємо про чорні діри, і ми отримуємо іншу відповідь. Тож навіть якщо ми маємо цю неймовірно високу щільність, математичне рішення, що описує її, оскільки ми описуємо еволюцію Всесвіту, ми отримуємо різні відповіді, ніж ми отримуємо біти чорної діри. А коли справа доходить до раннього Всесвіту - коли ви наповнюєте її рівномірно купою речей і запитуєте, що, до біса, відбувається у Всесвіті, є лише два відповіді. Або речі у Всесвіті спричиняють руйнування та стискання матеріалу, або речі у Всесвіті призводять до розширення Всесвіту. І це залежить від того, з чого складається Всесвіт, і, як виявляється, досить зручно, що Всесвіт зроблений з того матеріалу, який змушує його розширюватися. Тут важливий саме той компонент еволюції часу - який встановлює різницю між тим, що відбувається в ранньому Всесвіті, і тим, що відбувається в чорній дірі.
3. Чи могли у Чорному отворі утворитися Чорні діри, оскільки він має такі високі щільності?
Пол: О так, дуже розумний, Фрейзер. Я бачу, куди ти йдеш із цим. З неймовірно високою щільністю вам цікаво, що, можливо, маленький шматочок Всесвіту відколовся і зробив чорну діру. Можливо, в ті ранні мікросекунди. І чому не могла ця чорна діра розширитися, щоб споживати решту Всесвіту? І головне тут не в щільності, а в різниці в щільності. Що відокремлює чорну діру від мене, це те, що вона набагато щільніша за мене, або, принаймні, я це сподіваюся. Саме це робить його чорною дірою. Це набагато щільніше, ніж оточення. Але для того, щоб зробити цю чорну діру, вам довелося мати трохи зайвих речей, як у кишені, як додаткова газова хмара чи зірка, трохи більшої щільності, ніж зазвичай. Тоді гравітація може працювати, і почніть втягувати все більше і більше предметів та інше, будувати і будувати, поки не отримаєте гравітаційний колапс, який призведе до чорної діри.
Пол: Але в ранньому Всесвіті все було рівномірним. Відмінностей у гравітації не було. Так, це була неймовірно висока щільність, але якби вас могли перевезти туди і насправді вижити, ви не відчували б жодного гравітаційного потягування куди завгодно, бо кожен напрямок однакової щільності. Ви оточені однаковою кількістю речей у будь-якому напрямку - гравітації немає. Це все скасовує одне одного. Таким чином, немає можливості утворити чорну діру, оскільки будь-яке місце у Всесвіті не щільніше, ніж будь-яке інше, тому вся гравітація скасовується, і ви нічого не отримуєте. Жодної чорної діри - вони не виходять на сцену ще багато, набагато пізніше еволюції Всесвіту, і до того часу Всесвіт настільки велика, чорні діри не можуть вплинути на загальну еволюцію.
4. Зараз Всесвіт розширюється - чи колись він розпадеться?
Пол: Так, багато астрофізиків і космологів хвилюються з цього приводу десятиліть тому - ми думали, що так, можливо, Всесвіт зараз розширюється, але, можливо, в ньому є трохи занадто багато - можливо, це розширення сповільниться, зупиниться, а потім Зворотній бік, і тоді ми опинимося в цьому масштабному великому сценарії крихти, протилежному Великому вибуху.
Пол: Але виявляється, темна енергія тут є, і темна енергія змушує розширення Всесвіту прискорюватися, тому не тільки всесвіту з кожним днем стає все більше і більше, але з кожним днем стає все швидше і швидше. І це, ну, це щось смокче.
Це звучить досить відкрито і закрито, але в цій дорозі є більше. Якби ви взяли масу і енергію всього Всесвіту і перетворили його в чорну діру, вона мала б майже таку ж щільність, як і сама Всесвіт, і горизонт подій, більший за всесвіт, що спостерігається.
Так це означає, що ми насправді живемо всередині чорної діри? Чи могли б ми сказати різницю?
Podcast (аудіо): Завантажити (Тривалість: 5:13 - 4,8 МБ)
Підписатися: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (відео): Завантажити (Тривалість: 5:35 - 66.3MB)
Підписатися: Apple Podcasts | Android | RSS
