Nach meinem Verständnis gibt es glaubwürdige Theorien , in denen die Bildung einer Singularität in einem Schwarzen Loch auch den Beginn eines neuen Universums durch einen Urknall darstellt. Wir können das neue Universum nicht sehen, weil wir innerhalb eines Schwarzen Lochs nichts sehen können. Außerdem muss die scheinbare Größe des Schwarzen Lochs für uns nicht der Größe des neuen Universums aus der Perspektive von jemandem innerhalb dieses Universums entsprechen. Meine Frage ist, ist Masse + Energie erhalten? Das heißt, ist die Gesamtmenge an Material im neuen Universum darauf beschränkt, wie viel Material in das Schwarze Loch gefallen ist oder wie viel Material die Singularität erreicht hat? Wenn ja, dann scheinen diese Universen der Schwarzen Löcher nur einen winzigen Bruchteil der Größe unseres eigenen Universums zu haben.
ist Masse + Energie erhalten?
Ja. Auch in der Allgemeinen Relativitätstheorie bleiben Energie und Impuls erhalten, obwohl es etwas komplizierter ist als in der Newtonschen Mechanik.
Ist die Gesamtmenge an Material im neuen Universum darauf beschränkt, wie viel Material in das Schwarze Loch gefallen ist oder wie viel Material die Singularität erreicht hat?
Nein. Nun, irgendwie. Der Physiker, dessen Arbeit Sie in Ihrer Frage verlinkt haben, hat dies in einem Folgepapier angesprochen. Seine ursprüngliche Arbeit (auf der Ihr Artikel basierte) lautet: Kosmologie mit Torsion: Eine Alternative zur kosmischen Inflation . Eine Fortsetzung, die die Masse des neuen Universums diskutiert, ist: On the mass of the Universe born in a black hole . In diesem Artikel behauptet er, wenn unser gesamtes Universum in einem Schwarzen Loch wäre, müsste das Schwarze Loch nur 1.000 Sonnenmassen haben.
Ob Sie es glauben oder nicht, dies verstößt nicht gegen die Energieerhaltung. Tatsächlich verwendet er in seinen Berechnungen ausdrücklich die Energieerhaltung. Die Auflösung dieses Paradoxons besteht darin, dass im Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs VIEL Energie vorhanden ist.
In diesem Modell bildet sich die Singularität innerhalb des Schwarzen Lochs nie. Ein Ereignishorizont bildet sich, wenn die Materie erwartungsgemäß zusammenbricht, aber innerhalb des Horizonts „prallt“ die Raumzeit ab, bevor sie die Chance hat, eine Singularität zu bilden. Wenn die Materie nach innen fällt, nimmt ihre Energie zu; es beschleunigt und erhöht seine kinetische Energie aufgrund des immensen Gravitationsfeldes. Wenn sie das stationäre "Universum" im Inneren erreicht, wird diese kinetische Energie in Ruhemassenenergie umgewandelt: und wenn die Materie lange genug beschleunigt wurde, kann die Energiezunahme enorm sein. Dadurch erhält das "Universum" im Inneren potenziell viel mehr Masse als das hineingefallene Zeug. Dieser Vorgang wird in der Arbeit als die Bildung von Teilchen-Antiteilchen-Paaren durch das Gravitationsfeld beschrieben, was auf den gleichen Effekt hinausläuft. In jedem Fall, Sie nehmen Energie aus dem Gravitationsfeld und wandeln sie in die Energie (Masse) von Teilchen innerhalb des Horizonts um. Jemand, der außerhalb des Schwarzen Lochs sitzt, merkt das nicht, weil er nur die Gesamtenergie messen kann und die konstant bleibt.
Wenn ja, dann scheinen diese Universen der Schwarzen Löcher nur einen winzigen Bruchteil der Größe unseres eigenen Universums zu haben.
Nicht ganz. Innerhalb des Ereignishorizonts kann die verrückte Verzerrung der Raumzeit das innere "Universum" ziemlich groß machen. Wie die TARDIS, etwas viel Größeres im Inneren :)
Ich muss sagen, dass all diese Arbeit sehr theoretisch ist, seine Schlussfolgerungen beruhen auf einigen Annahmen, die wir nicht belegen können, aber es ist eine nette Idee!
Unter der Annahme, dass es eine Art "Urknall"-Szenario gibt, gehen wir von einem expandierenden Universum aus. Die allgemeine Relativitätstheorie erfordert nicht die Erhaltung von Masse-Energie auf universeller Ebene in einer sich ändernden Raumzeit (GR hat wohl nicht einmal ein Konzept von Energie auf universeller Ebene), daher gibt es keinen a priori Grund für dieses Schwarze Loch -Universum kann nicht mit unserem eigenen vergleichbar sein (in welcher Hinsicht wir uns auch immer entscheiden).
Ein einfacher Weg, um zu sehen, warum die Energieerhaltung selbst im Vakuum verletzt werden muss, besteht darin, zunächst zu beobachten, dass die Vakuumenergiedichte fest ist. Wenn sich also die Raumzeit ausdehnt (oder zusammenzieht), ändern wir das Gesamtvolumen, ohne diese Vakuumenergiedichte zu ändern. Die gleiche Dichte zu halten, aber das Volumen zu erhöhen, bedeutet mehr Gesamtenergie; Verringern des Volumens bei gleicher Dichte bedeutet weniger Gesamtenergie.
Auch diesen Verstoß können wir leicht beobachten. Sie kennen vielleicht das Konzept der Rotverschiebung: Licht, das von einer Quelle kommt, die sich von Ihnen weg bewegt (oder von einer Gravitationsquelle emittiert wird), wird zur roten Seite des Spektrums verschoben. Dadurch wird die Wellenlänge gestreckt, sodass das Licht weniger Energie hat. Die Energie geht nirgendwo hin, sie ist einfach weg.
Wir könnten auch anmerken, dass wir mit dem Satz von Noether in der Hand wissen, dass die Zeittranslationsinvarianz Energieerhaltung impliziert. Aber eine nichtstatische Raumzeit ist von Natur aus nicht zeitübersetzungsinvariant, daher ist keine Energieerhaltung erforderlich.
Nun, einige mögen versuchen, die Energieerhaltung wiederzuerlangen, indem sie behaupten, dass es eine Energie des Gravitationsfeldes zu berücksichtigen gilt. Dies wird nicht von allen angenommen, aber es ist möglich, wenn Sie mit Ihren Definitionen vorsichtig sind. Es funktioniert nur nicht so allgemein und einfach, wie Sie sich das vielleicht naiv erhoffen.
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