Sind wir in einem schwarzen Loch?

Das ist nicht ganz richtig, denn das Universum dehnt sich aus. Sie können Materie, die außerhalb des kosmologischen Horizonts liegt (wenn der Begriff überhaupt sinnvoll ist, was ich nicht zugebe), nicht als Teil der gravitativen Materie behandeln, weil sie hier nicht in kausaler oder gravitativer Kommunikation mit Materie steht. Die Grenzen, die du gibst, sind für Materie, die still sitzt.

Die richtige Ansicht ist, dass das Universum selbst ein umgestülptes Schwarzes Loch ist, mit einem kosmologischen Horizont, der uns umgibt. Aus dieser Sicht sind die Materie innerhalb des Universums und die kosmologische Konstante zusammen für die Form des umschließenden Horizonts oder Schwarzen Lochs verantwortlich.

Aber dies ist kein Schwarzes Loch, da es im Zentrum nicht singulär ist, sondern (in bestimmten Energiemodellen) in der Vergangenheit singulär.

Hmm ... Der Schwarzschild-Radius verhindert, dass Licht aus einem Schwarzen Loch herauskommt, aber nicht hinein, oder? Wenn ja, dann kommt es darauf an, dass der Schwarzschild-Radius größer ist als das beobachtbare Universum, während das Gegenteil nichts beweist, oder?

WIMPs Link zum Artikel des Magazins „Discover“ ist interessant, aber mir ist aufgefallen, dass eines der Gegenargumente lautet, dass sich das Universum ausdehnt und nicht zusammenzieht. Aber wenn wir in einem Schwarzen Loch wären, wäre Expansion nicht genau das, was wir erleben würden?

Bedenken Sie Folgendes: Wenn wir uns in einem Schwarzen Loch befinden, bewegt sich alles auf die Singularität zu. Dinge, die näher an der Singularität liegen, bewegen sich schneller und umgekehrt. Das bedeutet, dass sich für uns alles andere von uns wegbewegt (weil Dinge, die näher an der Singularität liegen, sich schneller bewegen und wir uns schneller bewegen als Dinge, die weiter von der Singularität entfernt sind).

Die Expansion wäre nicht ganz einheitlich, und ich kann mich irren, aber ich erinnere mich, dass ich kürzlich Daten gelesen habe, die tatsächlich implizieren, dass dies nicht der Fall ist.

Ich werde mich als großer Fan der Idee des „Lebens in einem schwarzen Loch“ outen. Mir gefällt, wie intuitiv der „Zug“ einer Singularität alles erklären würde, was sich zeitlich vorwärts bewegt, oder möglicherweise sogar eine Erklärung für „dunkle Energie“, auch bekannt als Beschleunigung der scheinbaren (aus unserer Sicht) Expansion des Universums (seit wir es sind). Annäherung an die Singularität).

Bisher hat noch niemand darauf hingewiesen, dass der derzeit etablierte Radius des beobachtbaren Universums tatsächlich nicht die Schwarzschild-Radius-Anforderung erfüllt, um es selbst zu einem Schwarzen Loch zu machen. Das soll nicht irreführend sein, aber das war in meinem ursprünglichen Beitrag absichtlich, da es in der Größenordnung sehr nahe kommt und das Wesen meiner Frage nicht wesentlich ändert.

Hier waren meine Vermutungen:

• Selbst durch vorsichtige Schätzungen wird der Radius des beobachtbaren Universums auf ~ 46 Milliarden Lichtjahre festgelegt .
• Ein Objekt mit beobachtbarer Masse von 3 × 10^52 kg. müsste in einem Schwarzschild-Radius von ~10B ly enthalten sein

Jetzt ist 10 Mrd. ly kleiner als 46 Mrd. ly.

Es ist jedoch ein beträchtlicher Bruchteil, und ein nur 10-mal massereicheres Universum, das durch eine Kubikwurzel-Erweiterung des 46-B-Ly-Radius (unter der Annahme einer fortgesetzten mittleren Dichte in das erforderliche zusätzliche Volumen) auf 99 B-Ly erreicht würde, würde bereits in sein neues entsprechendes Schwarzschild fallen Radius von 100 Bly.

Selbst unter Berücksichtigung der nichteuklidischen Topologie des Weltraums bei diesen Entfernungen wäre 10x nicht weit von dem tatsächlichen Faktor entfernt, der erforderlich ist, um die Schwarzschild-Kriterien für ein Schwarzes Loch zu erfüllen.

Der Grund, warum mich diese Frage immer noch als relevant fasziniert, ist, dass ich es intuitiv für höchst unwahrscheinlich halte, dass die Größe des tatsächlichen Universums so genau mit der des beobachtbaren Universums übereinstimmt. Ähnlich dem Zufall sind wir im Zentrum des Universums.

Noch eine Falte – und ich bin fast bereit, wieder etwas darüber zu hören, dass es notwendig ist, innerhalb von Entfernungen zu bleiben, die kausal (gravitativ) miteinander verbunden sind, wo Grenzen definiert werden, indem sie sich mit Lichtgeschwindigkeit zurückziehen. Zweifellos ist dies nur eine Einschränkung meines Verständnisses, aber sagen wir, ich in Polen und Sie in Norwegen haben technisch gesehen unterschiedliche Reichweiten der Kausalität. Obwohl sich unsere Sphären weitgehend überschneiden, sind unsere kausal verbundenen/beobachtbaren Universen möglicherweise nicht zu 100 % gleich, und dieser Effekt ist etwas ausgeprägter, wenn Sie sich zufällig am anderen Ende der Großen Mauer befinden . Für mich macht dies einen gut definierten Ereignishorizont auf Universumsskalen weiter ziemlich nebulös, was darauf hindeutet, dass Schwarze Löcher möglicherweise eine relative Platzierung haben?

In gewisser Weise befinden wir uns „fast“ in einem schwarzen Loch. Wenn wir die beschleunigte Expansion für einen Moment ignorieren, stellt sich heraus, dass die Energiedichte des beobachtbaren Universums fast genau der entspricht, die man zur Bildung eines Schwarzen Lochs benötigen würde. Aus diesem Grund ist die Geometrie nahezu flach und es gab viele Jahre eine Debatte darüber, ob das Universum kollabieren oder für immer expandieren würde. Diese kritische Energiedichte beträgt etwa 10^-29 Gramm pro Kubikzentimeter, und das reale Universum liegt weniger als ein Prozent über diesem Wert. Die Tatsache, dass der größte Teil dieser Energiedichte aus einer mysteriösen „dunklen Energie“ besteht, erschwert jedoch die einfache Beziehung zwischen Energiedichte und der Frage, ob etwas ein Schwarzes Loch bildet oder nicht. Wie oben ausgeführt, ist unser Universum also kein Schwarzes Loch, sondern eher ein De-Sitter-Raum. de Sitter-Räume haben eine ähnliche Beziehung zwischen Fläche und Entropie wie Schwarze Löcher, unterscheiden sich jedoch grundlegend. (Die Beziehung zu Schwarzen Löchern ist verlockend eng, obwohl sie so unterschiedlich ist, dass ein einfacher Vergleich vereitelt wird.)

Wäre das Universum übrigens in einem Schwarzen Loch, hätte das keine unmittelbar drastischen Folgen. Es würde jedoch bedeuten, dass wir irgendwann die Singularität erreichen müssen, was wir den Big Crunch nennen würden. Dies erscheint jedoch aufgrund aktueller kosmologischer Daten unwahrscheinlich.

Wir sind wahrscheinlich nicht in einem Schwarzen Loch, aber die Idee ist nicht unvernünftig.

Die aktuell akzeptierte Antwort sagt

Die großräumige Geometrie des Universums wird durch die Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker-Metrik beschrieben. Die Geometrie der Raumzeit eines Schwarzen Lochs (in seiner einfachsten Form) wird durch die Schwarzschild-Metrik beschrieben. Dies sind völlig unterschiedliche Lösungen der Einstein-Feldgleichungen.

Das ist technisch richtig, aber es verfehlt den Punkt. Natürlich ist ein Schwarzes Loch in seiner einfachsten Form mit der FLRW-Kosmologie nicht kompatibel. Es ist eine Vakuumlösung, die jederzeit und überall Materie enthält. Es ist auch nicht mit realen Schwarzen Löchern kompatibel, die sich aus kollabierender Materie bilden. Das ist kein Grund zu der Schlussfolgerung, dass Schwarze Löcher nicht existieren können, und es ist kein Grund zu der Schlussfolgerung, dass wir uns nicht in einem Schwarzen Loch befinden.

Tatsächlich ist die Bildung eines realistischeren Schwarzen Lochs durch kollabierende Materie im Grunde ein großes Problem. Dieser Aufsatz in Abschnitt 6 enthält eine Familie von exakten Lösungen für Schwarze Löcher, die durch den Kollaps von kugelsymmetrischem Staub entstehen. Im Spezialfall, dass der Staub homogen ist, ist die innere Geometrie des Staubs FLRW, weil das die einzige Geometrie mit den notwendigen Symmetrien ist. Wenn Sie eine Lösung dieser Form mit anfänglich ruhendem Staub nehmen und sie an eine zeitumgekehrte Kopie von sich selbst kleben, erhalten Sie ein wiederkollabierendes FLRW-Universum, umgeben von Vakuum, in dem die Urknall- und Urknall-Singularitäten mit der Vergangenheit identisch sind und zukünftige Schwarzschild-Singularitäten. Die Kombination eines FLRW-Universums mit einem schwarzen (+weißen) Loch ist also nicht nur möglich, sondern ziemlich natürlich.

Vor einigen Jahrzehnten wäre dies ein plausibles Modell für die reale Welt gewesen. Aber aktuelle Beweise deuten darauf hin, dass unser Universum nicht wieder zusammenbrechen wird. Wenn es keine zukünftige Singularität gibt, dann gibt es kein schwarzes Loch.

Wie Ron Maimon sagte, kann man sich das ΛCDM-Universum so vorstellen, als würde es nach außen zu einem von innen nach außen „kollabierenden“ schwarzen Loch, aber das ist nicht wirklich dasselbe.

Nein. Die großräumige Geometrie des Universums wird durch die Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker-Metrik beschrieben .

Die Geometrie der Raumzeit eines Schwarzen Lochs (in seiner einfachsten Form) wird durch die Schwarzschild-Metrik beschrieben .

Dies sind völlig unterschiedliche Lösungen der Einstein-Feldgleichungen. Beispielsweise ist in der Schwarzschild-Metrik der raumartige Teil der Raumzeit gekrümmt, in der FLRW-Metrik ist er planar.

Stellen Sie sich zwei Beobachter vor, A und B. A beobachtet, wie B in ein Schwarzes Loch fällt. A beobachtet, dass B sowohl zeitlich langsamer wird als auch blau verschoben wird, wenn B in Richtung des Ereignishorizonts fällt, dies setzt sich für immer fort, da B niemals beobachtet werden kann, wie er tatsächlich in den Ereignishorizont aus A's Blickwinkel eindringt. B bemerkt nichts davon. Was B stattdessen beobachtet, ist, dass A zeitlich beschleunigt und rotverschoben wird, vorausgesetzt, dass das rotverschobene Licht des Universums, das B trifft, ihn nicht tötet, wird B weiterhin in Richtung der Singularität fallen. B kann sich selbst beim Überqueren des Ereignishorizonts beobachten, aber es gibt keinen Hinweis darauf, dass B ihn überquert hat. Wenn B den Ereignishorizont überschreitet, wird das Universum vermutlich nicht mehr sichtbar sein, da es zu weit rotverschoben wäre, um es zu sehen. und die Strahlung so komprimiert, dass keine erkennbaren Daten aus dem äußeren Universum aufblitzen konnten. Irgendwann werden die Beobachtungen von B für immer weitergehen, denn wenn B aufgrund der Schwerkraft an Geschwindigkeit zunimmt und ihn immer schneller in Richtung der Singularität zieht, wird sich die Zeit für ihn verlangsamen, bis B die Lichtgeschwindigkeit und das Ereignis erreicht, bei dem die Beobachtungen von B jedoch "aufhören". Wenn es sich der Lichtgeschwindigkeit nähert (egal wie schnell), wird die Zeit, die es braucht, um diese Geschwindigkeit zu erreichen, als unendliche Zeit bis B beobachtet.

Wenn also unser gesamtes Universum auf eine Singularität zufällt, werden wir niemals beobachten, dass es „die Singularität trifft“, und die beschleunigte Expansion des Universums könnte teilweise auf unsere verlangsamte Wahrnehmung der Zeit zurückzuführen sein. Was für mich viel sinnvoller ist als dieser mysteriöse Unsinn über dunkle Energie / Materie.

Das Universum dehnt sich aus, und dies könnte als gravitative Gezeitenkraft erklärt werden. An den Punkten A und B, wo B näher an der Singularität liegt als A, würde es einen Unterschied in den auf A und B wirkenden Gravitationskräften geben, die sie in das Schwarze Loch ziehen, und ihre relative Entfernung scheint sich zu "ausdehnen" oder zu dehnen. Es könnte sein, dass die Geometrie des beobachtbaren Universums, das in ein Schwarzes Loch fällt, so sein könnte, dass beobachtet werden könnte, dass sich das Universum ausdehnt, wenn es tatsächlich nur aufgrund von Gezeitenkräften gedehnt wird.

Ein Schwarzes Loch ist kaum mehr als eine räumlich geschlossene, gravitativ gebundene Menge an Materie mit einer Fluchtgeschwindigkeit größer oder gleich der Lichtgeschwindigkeit, aber damit ein Schwarzes Loch eine validierte Existenz hat, muss es von AUSSEN wahrgenommen werden, nicht von innen . In einem universumgroßen schwarzen Loch würde es von innen nicht wie ein schwarzes Loch erscheinen. Die Masse im Inneren des Schwarzen Lochs würde der Masse entsprechen, die erforderlich ist, um die Raumzeit flach zu machen, und wenn mehr Materie hineinfällt, würde der Radius proportional zunehmen und das Verhältnis konstant bleiben.

Die eigentliche Frage ist, ob unsere Berechnungen der Masse des Universums korrekt sind oder nicht; es ist ganz sicher nicht so. Dunkle Materie, nie gesehen, nie gemessen, sondern nur aufgrund von Gravitationserwartungen postuliert, die von aktuellen Modellen nicht erfüllt wurden, deuten auf eine Masse hin, herkömmliche empirische (gemessene, nicht abgeleitete) Beweise deuten auf eine viel kleinere Masse hin. Welches ist richtig? Wenn die Geschichte ein zuverlässiger Leitfaden ist, dann keiner.

Es ist im Wesentlichen irrelevant, ob wir uns in einem Schwarzen Loch befinden oder nicht. Wenn wir unser Universum verlassen könnten, wohin würden wir gehen? Derzeit ohne einen externen Referenzrahmen, der ein Catch-22 wäre, nicht zu beantworten.

Unser dürftiges Verständnis der Gravitation (wir wissen immer noch nicht, was sie ist, nur wie sie sich lokal verhält) reicht nicht aus, um eine dieser Fragen zu beantworten. Auf eine Antwort zu spekulieren, ist intellektueller Mythologie nachzugeben. Ohne bessere Daten erfinden wir nur Lösungen für eine Frage, die wir nicht vollständig verstehen, und das ist nicht nur schlechte Wissenschaft, es ist lausiges Denken.

Und fürs Protokoll, Mathematik als eine Form der symbolischen Logik ist hinterhältig – sie kann verwendet werden, um zu unterstützen oder zu verurteilen, aber wenn sie nicht als Beweis verwendet wird, ist sie nur ablenkend und oft irreführend. Formeln sind von Natur aus begrenzt und können daher zu Recht beschuldigt werden, die Daten herausgegriffen zu haben, um nur Begriffe zu verwenden, die die Hypothese stützen. Mathematik kann ebensowenig eine Lösung vorschlagen oder implizieren, wie ein Hammer Hausdesign empfehlen kann. Menschen vermenschlichen Mathematik zu häufig, obwohl es tatsächlich Menschen sind, die suggerieren, und Menschen, die folgern. Und häufig tun sie dies mit schlechtem Urteilsvermögen, bis genügend Daten verfügbar sind, um die Schlussfolgerung offensichtlich zu machen.

Wir haben nicht bewiesen, dass sich das Universum ausdehnt. Wir haben die Masse des bekannten Universums nicht validiert. Wir haben nicht einmal die Entfernungen zu den am weitesten entfernten Objekten, die wir bisher beobachtet haben, genau gemessen . Wir haben lediglich Bewegungen auf galaktischer Ebene beobachtet und Gravitationsformeln angewendet, die lokal mit einem kindlichen Verständnis der Schwerkraft selbst abgeleitet wurden. Hubble hat Rotverschiebungen entfernter Objekte genau gemessen, aber in seinem Artikel von 1942 im Sigma Xi Journal stellte er die Beziehung zwischen seinen Beobachtungen, tatsächlicher Bewegung und einem expandierenden Universum in Frage. Wenn er den Mut hatte, genau das in Frage zu stellen, was ihm Ruhm einbrachte, sollten wir den Mut haben, seine Skepsis zu würdigen und zu warten, bis wir eine ANTWORT haben und nicht eine Vermutung, die aus Ungeduld und Hybris geboren wurde.

Obwohl einige Probleme in der Schwarzloch-Kosmologie aufgeworfen wurden (Bewegung in Richtung der Singularität, Probleme der vergangenen und zukünftigen Singularität, die Expansion des Universums usw.), werden diese Probleme wahrscheinlich gelöst.

1.Kosmologie des Schwarzen Lochs

Die Schwarzes-Loch-Kosmologie ist sehr wahrscheinlich wahr, wenn die folgenden vier Dinge wahr sind:

1) Endliches Universum

Wir wissen noch nicht, ob das Universum endlich oder unendlich ist. Meiner persönlichen Meinung nach ist Unendlichkeit jedoch ein mathematischer Begriff, und es scheint in der physikalischen Realität kein Unendliches zu geben. Selbst eine flache Raumzeit garantiert kein unendliches Universum (unendliche Masse-Energie-Verteilung). Da das Alter des Universums endlich ist und die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Feldes ebenfalls endlich ist, wird die Massenverteilung als endlich betrachtet. Wenn wir also das unendliche Universum ausschließen, stehen wir vor den Problemen 2)~4).

2)Schwarzschildsche Radiusgleichung

Wenn wir die Größe finden, bei der die Massenverteilung mit der durchschnittlichen Massendichte des gegenwärtigen Universums ein Schwarzes Loch bildet.

$R = \frac{{2GM}}{{{c^2}}}$

${R_{UB}} = \sqrt {\frac{{3{c^2}}}{{8\pi G\rho }}} = 14.3Gly$

Der obige Ausdruck bedeutet, dass das gegenwärtige Universum eine kritische Massendichte hat$ρ_c$Wert und die Größe ist ungefähr$R_{UB}=14.3Gly$oder mehr, wird diese Region zu einem schwarzen Loch.

3) Beobachtete durchschnittliche Dichte

Die Größenordnung von 5~6 Wasserstoffatomen pro m^3

4) Das beobachtbare Universum 46,5 Gly (*das gesamte Universum viel größer als das beobachtbare Universum.)

Derzeit schätzen wir, dass die Größe des beobachtbaren Universums größer als 14,3 Gly ist, und das gesamte Universum wird auf 46,5 Gly größer als das beobachtbare Universum geschätzt, sodass unser beobachtbares Universum zwangsläufig in einem riesigen Schwarzen Loch namens Universum existiert.

Die Schwarzes-Loch-Kosmologie ist die unvermeidliche Schlussfolgerung der obigen 4 Punkte. 2) ist eine Gleichung, die in zwei verschiedenen theoretischen Systemen verifiziert wurde (Newtonsche Mechanik und allgemeine Relativitätstheorie), 3) und 4) steht auf einer sehr soliden Grundlage, und selbst wenn 3) und 4) einige Fehler haben, ist das gesamte Universum schätzungsweise viel größer als das beobachtbare Universum. Selbst wenn die durchschnittliche Dichte niedriger ist als die aktuelle Beobachtung, macht das viel größere gesamte Universum das Universum unweigerlich zu einem Schwarzen Loch. Dies liegt daran, dass, wenn das Universum R-mal größer wird, die Dichte, die erforderlich ist, um ein Schwarzes Loch zu werden, abnimmt$1/R^2$.

2.Schwächen der Schwarzloch-Kosmologie

1) In einem Schwarzen Loch ist alle Materie zu einer Singularität komprimiert, sodass es keinen Platz für Menschen zum Leben gibt. Es gibt keine nahezu flache Raumzeit, die das beobachtbare Universum in einem Schwarzen Loch enthalten könnte.

2) Im Schwarzen Loch existiert Singularität in der Zukunft und im Universum existiert Singularität in der Vergangenheit. Schwarzes Loch und das Universum sind Gegensätze.

3) Das Universum dehnt sich aus. In einem Schwarzen Loch muss sich alle Materie an einer Singularität zusammenziehen. Die beiden Modelle zeigen gegensätzliche Phänomene. Es ist schwierig, die Expansion des Universums in einem Schwarzen Loch zu erklären.

Obwohl dieser Einwand (oder Schwächen) klar und gut begründet zu sein scheint, hat dieser Einwand tatsächlich auch seine eigenen Schwächen.

1) Die vorgeschlagene Schwäche bricht nicht das Argument 2)~4) der Schwarzloch-Kosmologie. Was auch immer die Schwäche ist, wenn 1) ~ 4) nicht zusammenbricht, wird die Kosmologie des Schwarzen Lochs sehr wahrscheinlich Bestand haben.

2) Die meisten Physiker und Astronomen glauben, dass das Singularitätsproblem entweder mithilfe der Quantenmechanik oder auf unbekannte Weise gelöst wird, sodass es keine Singularität geben wird. Mit anderen Worten, im Prozess der Lösung des Singularitätsproblems besteht die Möglichkeit, dass auch das Singularitätsproblem der Schwarzloch-Kosmologie gelöst wird.

3) Da die Singularität in der Schwarzschild-Lösung existiert, muss die Schwarzschild-Lösung geändert werden, damit das Singularitätsproblem verschwindet. Das heißt, unter den Elementen, die die Kosmologie des Schwarzen Lochs bilden, ist die „2)Schwarzschild-Radiusgleichung“ betroffen. Damit die Singularität verschwindet, muss es im Schwarzen Loch eine abstoßende Kraft geben. Aufgrund dieser Abstoßungskraft existiert unvermeidlich eine unkomprimierte Region innerhalb des Schwarzen Lochs.

Das verbleibende Problem ist: "Könnte eine unkomprimierte Region größer sein als das beobachtbare Universum?"

[Lösungen für die Probleme der Schwarzloch-Kosmologie]

Schwäche 1) In einem Schwarzen Loch wird alle Materie zu einer Singularität komprimiert, sodass es keinen Platz für Menschen zum Leben gibt. Es gibt keine nahezu flache Raumzeit, die das beobachtbare Universum in einem Schwarzen Loch enthalten könnte

Lösung

1. Das Singularitätsproblem ist als Fehler in der allgemeinen Relativitätstheorie bekannt, und angesichts der Gravitationswirkung des Gravitationsfelds besteht die Möglichkeit, dass das Singularitätsproblem gelöst werden kann

Das grundlegende Prinzip der Allgemeinen Relativitätstheorie besagt, dass „alle Energie eine Quelle der Schwerkraft ist“. Die von Einstein erstellte Feldgleichung verwirklichte dieses Prinzip jedoch nicht vollständig.

Die Energie des Gravitationsfeldes muss auch als Gravitationsquelle fungieren. Auch Einstein war sich dessen bewusst und arbeitete ab 1913 über zwei Jahre lang daran, eine Feldgleichung zu formulieren, die den Energieimpuls des Gravitationsfeldes beinhaltete. Da es jedoch schwierig war, die Energie des Gravitationsfeldes in der Allgemeinen Relativitätstheorie zu definieren, konnte Einstein die Feldgleichung einschließlich der Gravitationswirkung des Gravitationsfeldes nicht vervollständigen. So entstanden das Singularitätsproblem und das Problem der Dunklen Energie.

2. Gravitations-Selbstenergie oder potentielle Gravitationsenergie

Für gleichmäßige, kugelförmige Verteilung,${U_{gs}} = - \frac{3}{5}\frac{{G{M^2}}}{R}$

In der Regel ist der Wert der Gravitations-Eigenenergie klein genug, um im Vergleich zur Massenenergie vernachlässigbar zu sein$Mc^2$. Im Allgemeinen war es also nicht notwendig, die Gravitations-Eigenenergie zu berücksichtigen. Je kleiner jedoch R wird, desto höher ist der Absolutwert von$U_{gs}$. Aus diesem Grund können wir das sehen$U_{gs}$wahrscheinlich die Massenenergie in einem bestimmten Radius ausgleicht.

Suchen Sie also nach der Größe, in der die (negative) Gravitations-Eigenenergie gleich der (positiven) Massenenergie wird, indem Sie beide vergleichen,

$|{U_{gs}}| = | - \frac{3}{5}\frac{{G{M^2}}}{{{R_{gs}}}}| = M{c^2}$

${R_{gs}} = \frac{3}{5}\frac{{GM}}{{{c^2}}}$

Diese Gleichung bedeutet, dass wenn Masse$M$gleichmäßig im Radius verteilt ist$R_{gs}$, Gravitations-Eigenenergie für ein solches Objekt gleich Massenenergie in der Größe. Im Falle eines solchen Objekts können also (positive) Massenenergie und (negative) Gravitations-Eigenenergie vollständig ausgeglichen werden, während die Gesamtenergie Null ist. Da die Gesamtenergie eines solchen Objekts 0 ist, ist die auf ein anderes Objekt außerhalb ausgeübte Schwerkraft ebenfalls 0.

Vergleichen$R_{gs}$mit$R_S$, der Radius des Schwarzschild-Schwarzen Lochs,

${R_{gs}} = \frac{3}{5}\frac{{GM}}{{{c^2}}} = \frac{3}{{10}}{R_S}$

Dies bedeutet, dass es einen Punkt gibt, an dem die negative Gravitations-Eigenenergie gleich der positiven Massenenergie innerhalb des Radius des Schwarzen Lochs wird, und dass unter der Annahme einer gleichmäßigen Verteilung der Wert an diesem Punkt existiert$0.3R_S$, etwa 30% des Radius des Schwarzen Lochs.

Im Fall des kleinsten stellaren Schwarzen Lochs mit der dreifachen Sonnenmasse${R_S} = 9km$.$R_{gs}$von diesem schwarzen Loch ist so weit wie$3km$. Mit anderen Worten, selbst in einem stellaren Schwarzen Loch mit kleinster Größe, das durch die Kontraktion eines Sterns entsteht, kann die Massenverteilung nicht auf mindestens einen Radius von 3 km reduziert werden.

3. Schwarzes Loch hat keine Singularität, aber es hat eine Nullenergiezone

Aus der obigen Gleichung geht hervor, dass selbst wenn ein Teilchen in den Radius eines Schwarzen Lochs kommt, es keine Tatsache ist, dass es sich unendlich auf den Punkt zusammenzieht$r=0$. Von diesem Punkt$R_{gs}$(oder$R_{gs - vir}$), die Schwerkraft ist 0, und wenn es in den Bereich eintritt$R_{gs}$(oder$R_{gs - vir}$), Gesamtenergie innerhalb$R_{gs}$(oder$R_{gs - vir}$) Region entspricht negativen Werten, die die Existenz von Antigravitation ermöglichen. Dies$R_{gs}$(oder$R_{gs - vir}$)-Region übt abstoßende Gravitationseffekte auf die Partikel außerhalb davon aus, wodurch die Bildung von Singularität in der Nähe des Bereichs unterbrochen wird$r=0$.

Abb.1. Innere Struktur des Schwarzen Lochs. a)Vorhandenes Modell b)Neues Modell. Wenn sich das Schwarze Loch im Laufe der Zeit stabilisiert, hat das Schwarze Loch keine Singularität in der Mitte, aber es hat eine Null-(Gesamt-)Energiezone.

4.Innerhalb eines ausreichend großen Schwarzen Lochs ist genügend Platz für intelligentes Leben

Ein Schwarzes Loch hat keine Singularität, hat eine Nullenergiezone mit einer Gesamtenergie von Null, und diese Region ist sehr groß und erreicht 15% ~ 30% des Radius des Schwarzen Lochs. In einem ausreichend großen Schwarzen Loch gibt es einen Bereich, in dem intelligentes Leben leben kann.

Wenn beispielsweise die Massen mit der durchschnittlichen Dichte des aktuellen Universums ungefähr 46,5 Gly verteilt sind, beträgt die Größe des durch diese Massenverteilung erzeugten Schwarzen Lochs 491,6 Gly und die Größe der Nullenergiezone ungefähr 73,7 Gly ~ 147,5 Gly. Mit anderen Worten, es gibt keine starke Gezeitenkraft und eine Region mit fast flacher Raumzeit, die eine stabile Galaxienstruktur bilden kann, ist viel größer als der beobachtbare Bereich von 46,5 Gly. Das gesamte Universum wird auf viel größer als das beobachtbare Universum geschätzt, daher ist es möglicherweise nicht ungewöhnlich, dass wir nur die Nullenergiezone (nahezu flache Raumzeit) beobachten.

Schwäche 2) Im Schwarzen Loch existiert Singularität in der Zukunft, und im Universum existiert Singularität in der Vergangenheit. Schwarzes Loch und das Universum sind Gegensätze

Lösung

Nur weil eine Singularität in der Zukunft in einem Schwarzen Loch und eine Singularität im Universum in der Vergangenheit existiert, negiert dies nicht die Schwarzloch-Kosmologie.

Um das Singularitätsproblem des Schwarzen Lochs zu lösen, muss es eine Situation geben, in der die Abstoßung die Anziehung (Schwerkraft) unterhalb einer bestimmten Größe überwiegt. In einer Situation, in der die Abstoßung die Anziehung überwiegt, muss sich der Bereich ausdehnen. Wenn diese Ausdehnung in die Vergangenheit konvergiert wird, erscheint eine Singularität, und somit wird die Singularitätsrichtung zu einer Form, die in der Vergangenheit existiert.

Bei einem stellaren Schwarzen Loch tritt ein Objekt vom Ereignishorizont in das Schwarze Loch ein, und im Fall des Universums geht es nur darum, sich von einer Singularität zum Ereignishorizont hin auszudehnen. Es ist immer noch ein Phänomen, das innerhalb eines schwarzen Lochs im Universum auftritt.

Wenn ein Objekt im Gravitationsfeld der Erde nach oben geschleudert wird, sieht es anders aus, wenn es aufsteigt und wenn es von seinem Scheitelpunkt herunterkommt, aber beide Ereignisse sind nur zwei Aspekte eines einzelnen Ereignisses im selben Gravitationsfeld.

Schwäche 3) Das Problem der kosmischen Expansion in einem Schwarzen Loch. Das Universum dehnt sich aus. Es ist schwierig, die Entfernung zwischen Galaxien in einem Schwarzen Loch zu erklären

Lösung

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Expansion des Universums in einem Schwarzen Loch zu erklären (das entsteht, wenn nur die Massenenergie berücksichtigt wird, ohne die Gravitations-Eigenenergie zu berücksichtigen).

Betrachten Sie den Anfangszustand des Universums. Das gesamte Universum ist größer als das derzeit beobachtbare Universum,$46.5Gly$. Da wir die Größe des gesamten Universums nicht kennen, wenden wir diese Logik auf das gesamte Universum an, nachdem wir über den Zustand nachgedacht haben, in dem die gesamte Masse-Energie im gegenwärtig beobachtbaren Universum auf einen sehr kleinen Bereich konzentriert ist.

Wie oben berechnet, ist die Größe der ZEZ, die von aller Masse-Energie im beobachtbaren Universum erzeugt wird, ungefähr$73.7Gly$~$147.5Gly$, und die Größe des schwarzen Lochs des Universums ist$491.6Gly$. Da diese Materialien in einem sehr kleinen Bereich konzentriert sind, übersteigt die negative Gravitationspotentialenergie dieses Bereichs die positive Massenenergie und entspricht insgesamt einem negativen Massenzustand. Die negative potenzielle Energie der Gravitation wirkt als abstoßende Kraft auf die positiven Massen, sodass sie sich ausdehnt.

Diese Expansion wird bis mindestens ZEZ beschleunigt ($73.7Gly$~$147.5Gly$), und da es sich in einem beschleunigten Zustand befindet, setzt sich die Expansion über das ZEZ hinaus fort. Wenn die Massenverteilung im Laufe der Zeit außerhalb der ZEZ liegt, ist der Massenzustand innerhalb der ZEZ ein Zustand, in dem die positive Massenenergie größer ist als die negative Gravitationspotentialenergie, sodass die Gesamtmasse (innerhalb der ZEZ) positiv ist Masse, und die Anziehungskraft wird auf die Massen außerhalb der ZEZ angewendet. Dies hat den Effekt, dass die Expansion verlangsamt wird.

Die Expansion des Universums zum Zeitpunkt des Urknalls ist darauf zurückzuführen, dass alle Materie innerhalb des kosmischen Schwarzen Lochs in einer Region begann, die kleiner als die ZEZ ist, und es besteht die Möglichkeit, dass dies dem beschleunigten Expansionsprozess bis zur ZEZ entspricht. Die Größe der ZEZ entsteht durch die Massenverteilung des beobachtbaren Universums$73.7Gly$~$147.5Gly$, aber das gegenwärtige beobachtbare Universum vergeht$46.5Gly$.

Wenn man die Expansion im frühen hochdichten Zustand des Universums betrachtet, gibt es ein Problem, dass die Leute fälschlicherweise denken, dass dieses Ereignis das Entweichen von Materie aus dem Inneren des Schwarzen Lochs ist, das durch die Gesamtmasse des Universums nach außen geschaffen wurde Galaxien oder Sterne bilden.

Der Ereignishorizont des Schwarzen Lochs, der durch die Gesamtmasse des Universums entsteht, ist sehr groß im Vergleich zu dem Bereich, in dem sich die Gesamtmasse des Universums befindet. In diesem Fall bezieht sich das Schwarze Loch auf ein Schwarzes Loch, das nur unter Berücksichtigung der Masseenergie ohne Berücksichtigung der potenziellen Energie der Gravitation gebildet wird. Mit anderen Worten, im Modell der Schwarzen Loch-Kosmologie entkommt die Materie dem Schwarzen Loch des Universums nicht, hat aber noch nicht den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs des Universums erreicht (gebildet, wenn nur Massenenergie berücksichtigt wird, ohne die potentielle Gravitationsenergie zu berücksichtigen).

Siehe mein Papier: Probleme und Lösungen der Kosmologie von Schwarzen Löchern

Sie haben es als "duplizieren" markiert, aber ich denke, es fügt hinzu:

Wie wir wohl alle akzeptieren, begann das Universum als eine nicht intuitive Singularität – entweder „Es werde Licht“ oder „Der Urknall“. Etwas aus dem Nichts expandiert und mit Lichtgeschwindigkeit (oder höher).

Ich habe über diese "Planck-Epoche" gelesen: die Zeit von null bis ungefähr 10−43 Sekunden. Als es so etwas wie Masse und Schwerkraft noch nicht gab, wurde ein Haufen Energie für diese Eventualität massiert, aber nichts konnte sie zusammenhalten. Sie wird bis heute ausgebaut.

Meine Frage ist einfach folgende:

Könnte die obere Grenze der Energie, die das Schwarze Loch enthalten kann, davon abhängen, wie nahe diese Energie ist, bevor sie das Niveau der Planck-Epoche erreicht?

Nachdem es genügend Materie (Energie) verbraucht hätte, wären die Bedingungen für das Funktionieren der Schwerkraft nicht mehr gegeben, genau wie während der Planck-Epoche. Extrem viel Energie ... jetzt unbegrenzt.

Das gesamte Universum ist das Ergebnis eines supermassiven Schwarzen Lochs, das genug verschluckt hat, um Energien der Planck-Epoche zu erzeugen, wodurch die Schwerkraft (und alle fundamentalen Kräfte) außer Kraft gesetzt wurden.

Einfach ... wie Einstein es mochte!

Die Entropie eines Schwarzen Lochs ist maximiert. Bei der Materie, aus der die Erde besteht, ist dies nicht der Fall; Die Entropie ist nicht Null, aber sie ist auch nicht maximiert. Wir leben also nicht in einem Schwarzen Loch.

Nur wenn du es nicht ansiehst. Wenn Sie hinsehen und annehmen, dass es sich ausdehnt, ist es ein weißes Loch .

Im Ernst, wenn wir uns innerhalb einer echten Singularität befinden, dann ist die gesamte Zeit darin enthalten, also sind Probleme der Rotverschiebung, Bewegung, sogar der Schwerkraft usw. „Ablenkungsmanöver“ – Artefakte des Bezugsrahmens des Beobachters, die einen selbst falsch informieren. Die eigentliche Frage ist also, was ist die wirkliche Beziehung zwischen dem Beobachter und dem Maßstab des Universums? Da es keine Grand Unified Theory gibt, ist dieser kleine Faktor "G" am Anfang von Newtons Formel ziemlich fungibel (dh viele Freiheitsgrade, um beispielsweise festzulegen, was Masse ist).