Domanda:
Relazione tra massa e raggio del buco nero e quella del nostro universo
Rodrigo
2014-01-16 04:15:07 UTC
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Esiste un grafico dei buchi neri noti, con la loro massa stimata sull'asse X e il loro raggio stimato sull'asse Y? In caso affermativo, dove possiamo trovarlo? Vorrei sapere se un insieme nero con l'intera massa stimata del nostro universo avrebbe il raggio stimato del nostro universo (il che significa che il nostro universo potrebbe essere un buco nero, ecco perché la luce non può sfuggirgli e sembra "finito" ).

Oggi ho trovato un articolo che proponeva questa ipotesi nel 1972: http://www.nature.com.sci-hub.cc/nature/journal/v240/n5379/pdf/240298a0.pdf
http://sci-hub.tw/http://www.nature.com/nature/journal/v240/n5379/pdf/240298a0.pdf
Poiché la tua idea di base è che l'universo è all'interno di un buco nero, penso che [questa domanda e risposta] (https://astronomy.stackexchange.com/questions/10921/is-our-universe-included-inside-a-black -hole? rq = 1) spiega perché non siamo in un buco nero. C'è anche un collegamento a una domanda su Physics SE che riguarda anche questo.
@StephenG Come può la mia domanda essere un duplicato, se è stato chiesto prima? Guarderò i link che hai fornito, grazie.
@StephenG Ho detto che forse il nostro Universo È un buco nero, non "è dentro di uno", non penso sia la stessa cosa. E i risultati sono tutti dello stesso ordine di grandezza. Supponendo che tutti quei numeri siano nella migliore delle ipotesi buoni approcci e che il nostro universo come buco nero non ha bisogno di seguire le stesse regole che seguono i buchi neri all'interno del nostro universo, e considerando anche che l'energia oscura è stata scoperta "solo ieri", non credo Penso che questa ipotesi debba ancora essere scartata.
Un'altra fonte: https://www.nationalgeographic.com/news/2010/4/100409-black-holes-alternate-universe-multiverse-einstein-wormholes/ o diritto al documento originale: https: //www.sciencedirect. com / science / article / abs / pii / S0370269310003370
Un altro: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2016/02/064
Ancora uno: https://sci-hub.tw/https://doi.org/10.1038/232440a0
Due risposte:
#1
+7
Stan Liou
2014-01-16 06:52:42 UTC
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Secondo il modello cosmologico standard ΛCDM, l'universo osservabile ha una densità di circa $ \ rho = 2,5 \! \ volte \! 10 ^ {- 27} \; \ mathrm {kg / m ^ 3} $, con una consante cosmologica di circa $ \ Lambda = 1.3 \! \ times \! 10 ^ {- 52} \; \ mathrm {m ^ {- 2}} $, è molto vicino a spazialmente piatto, e ha un raggio proprio corrente di circa $ r = 14,3 \, \ mathrm {Gpc} $.

Da questo, possiamo concludere che la massa totale dell'universo osservabile è di circa $$ M = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3 \ rho \ sim 9.1 \! \ Times \! 10 ^ {53} \, \ mathrm {kg} \ text {.} $$ Sine the universe at large is notrotating and uncharged , è naturale paragonarlo a un buco nero di Schwarzschild. Il raggio di Schwarzschild di un tale buco nero è $$ R_s = \ frac {2GM} {c ^ 2} \ sim 44 \, \ mathrm {Gpc}. $$ Bene! Più grande dell'universo osservabile.

Ma lo spaziotempo di Schwarzschild ha una costante cosmologica pari a zero, mentre il nostro è positivo, quindi dovremmo invece confrontarlo con un buco nero di Schwarzschild-de Sitter. La metrica SdS è correlata a quella Schwarzchild da $$ 1- \ frac {R_s} {r} \ quad \ mapsto \ quad1 - \ frac {R_s} {r} - \ frac {1} {3} \ Lambda r ^ 2 , $$ e per i nostri valori abbiamo $ 9 \ Lambda (GM / c ^ 2) ^ 2 \ sim 520 $. Questa quantità è importante perché l'orizzonte degli eventi del buco nero e l'orizzonte cosmologico si avvicinano in $ r $ -coordinato quando è vicino a $ 1 $, una condizione che crea una massa massima possibile per un buco nero SdS per una data costante cosmologica positiva. Per il nostro $ \ Lambda $, quel limite estremo fornisce $ M_ \ text {Nariai} \ sim 4 \! \ Times \! 10 ^ {52} \, \ mathrm {kg} $, più piccolo della massa dell'universo osservabile.

In conclusione, la massa dell'universo osservabile non può creare un buco nero.


Beh, non comprendiamo completamente la materia nera, vero? Ed è stato solo "ieri" che abbiamo scoperto l '"energia nera", no?

Se GTR con costante cosmologica è corretto, non abbiamo bisogno di "comprenderlo completamente" per conoscere il suo effetto gravitazionale, che è ciò su cui si basa il calcolo. Se GTR è sbagliato, il che è ovviamente del tutto possibile, allora potremmo vivere in qualche analogo di un buco nero. Ma poi è piuttosto poco chiaro quale teoria della gravità desideri che usiamo per cercare di rispondere alla domanda. Non esiste una teoria lontanamente competitiva che si avvicini nemmeno all'accettazione generale.

Dal punto di vista della nostra enorme ignoranza, penso che 14,3 Gpc e 44 Gpc non siano nemmeno un ordine di grandezza a parte, il che considero un buon approssimazione.

In realtà, lo scopo di quel calcolo era dimostrare che è almeno prima facie plausibile. Il calcolo del raggio di Schwarzschild non esclude il buco nero, al contrario. Tuttavia, non è nemmeno appropriato per i motivi che ho spiegato sopra. Quello più rilevante in realtà ha massa a più di un ordine di grandezza e mostra incoerenza. Quindi se GTR con Λ è corretto, è improbabile perché le barre di errore ΛCDM non sono così male.

Tuttavia, anche se lo consideriamo ancora "abbastanza vicino", ciò non implica di per sé ciò che tu volere. La domanda su quale tipo di buco nero creerebbe tutta la massa dell'universo osservabile, se ce ne sarebbe, è molto diversa dal fatto che viviamo o meno in uno. L'ipotetico nero deve essere ancora più grande.

Il punto più incerto, però, è la costante cosmologica, anche se GTR è altrimenti corretto. Se ci è permesso di avere condizioni molto diverse al di fuori del nostro ipotetico buco nero, allora potremmo ancora averne uno, ma poi entriamo nella fisica molto speculativa nella migliore delle ipotesi e nel peggiore dei casi completiamo le congetture.

Quindi tratta la risposta di cui sopra come condizionata alla fisica tradizionale; se non è quello che vuoi, allora non ci può essere una risposta generale oltre a "non lo sappiamo". E questa è sempre una possibilità, anche se non molto interessante.

Ebbene, non comprendiamo completamente la materia nera, vero? Ed è stato solo "ieri" che abbiamo scoperto l '"energia nera", no? Dal punto di vista della nostra enorme ignoranza, penso che 14.3Gpc e 44Gpc non siano nemmeno un ordine di grandezza l'uno dall'altro, che considero una buona approssimazione. Lo stesso vale per le figure 9,1 × 10 ^ 53 kg e 4 × 10 ^ 52 kg. Non è IMPOSSIBILE che viviamo davvero all'interno di un buco nero fluttuante in un altro universo più grande ... Mi sembra una bellissima mitologia.
#2
+6
Gerald
2014-01-16 04:57:38 UTC
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Il raggio di Schwarzschild di un buco nero è probabilmente il più vicino possibile alla tua domanda.

$$ r_s = (2G / c ^ 2) \ cdot m \ mbox {, con} \ 2G / c ^ 2 = 2.95 \ \ mbox {km} / \ mbox {massa solare}. $$ Ciò significa che il raggio di Schwarzschild per una data massa è proporzionale a quella massa. Il raggio non dovrebbe ' Non va preso troppo alla lettera in senso fisico, perché lo spazio è altamente non euclideo vicino a un buco nero.

Raggio attuale (viaggio della luce) dell'universo visibile, visto dalla terra: $$ 13,81 \ cdot 10 ^ 9 \ \ mbox {lightyears} = 13,81 \ cdot 10 ^ 9 * 9,4607 * 10 ^ {12} \ \ mbox {km} = 1,3065 \ cdot 10 ^ {23} \ \ mbox {km}. $$ Quindi abbiamo bisogno di $$ 1.3065 \ cdot 10 ^ {23} \ \ mbox {km} / 2.95 \ \ mbox {km} = 4.429 \ cdot 10 ^ {22} $$ masse solari per ottenere un buco nero del viaggio della luce Schwarzschild raggio dell'universo visibile, abbastanza vicino (in ordine di grandezza) al numero di stelle stimato per l'universo visibile.

L'autore o gli autori di Wikipedia ottengono un risultato simile: "La massa dell'universo osservabile ha un Schwarzschild raggio di circa 10 miliardi di anni luce ".

WOW! Grazie! È davvero fantastico! Sembra che viviamo all'interno di un buco nero, forse ...
Sono rimasto un po 'sorpreso anch'io. Per prima cosa ho pensato, un buco nero dovrebbe essere molto più piccolo, ma non lo è. Ma ci possono essere soluzioni dell'equazione di campo della relatività generale che portano a un "raggio" paragonabile oltre a quello di un buco nero.
@Gerald Quindi la densità media di un buco nero con il diametro dell'universo, sarebbe circa la stessa della densità del nostro universo, quasi il vuoto?
Sì. Se pensiamo al buco nero sostituito da uno spazio riempito con la stessa massa con metrica euclidea, per ottenere una definizione ragionevole di densità.
Non è così sorprendente come sembra al primo istante dopo aver pensato un po ': un'istantanea dell'universo farebbe viaggiare la luce all'incirca in un cerchio con il diametro dell'universo osservabile, più o meno come un buco nero con il "diametro" di Schwarzschild 2 / 3 del diametro del cerchio.
Sì, indipendentemente dai diametri coinvolti. Forse all'interno di ogni nuovo buco nero alcune variabili casuali vengono mescolate e nuove regole sorgono in un frattale di bellezza. Come se i buchi neri fossero universi e gli universi fossero buchi neri ...
Nella prima risposta, (sopra), c'è un ERRORE: 1 anno luce è 9,46 x 10 ^ 15 metri, non 9,46 x 10 ^ 12 ... questo errore altera il calcolo della massa risultante e mette in discussione la conclusione ...
9,46 x 10 ^ 15 metri è 9,46 x 10 ^ 12 chilometri. Tuttavia grazie per il controllo!


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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