Wie konnte sich das Universum aus der sehr dichten und gekrümmten frühen Raumzeit aufblasen? Könnte es auch in einem Schwarzen Loch passieren?

Tolle Frage! Entschuldigen Sie diese große Resonanz, und es ist vielleicht keine zufriedenstellende Antwort, aber es wird Ihre Fragen beantworten.

Leider ist der Urknall, wie der Großteil der Astronomie, von Mysterien umgeben. Es ist eine der größten Ungewissheiten da draußen, und Sie werden zu dieser Erkenntnis kommen, wenn Sie genug darüber recherchiert haben.

Das meiste, was wir aus dem Urknall herausholen können, ist durch Extrapolation. Wenn wir die Expansion des Universums beobachten, können wir davon ausgehen, dass an einem Punkt viel weniger Platz zwischen der gesamten Materie im Universum war. Hier beginnen die Dinge jedoch zusammenzubrechen.

Durch die Allgemeine Relativitätstheorie – die unser modernes Verständnis der Schwerkraft erklärt – und unsere Extrapolation würden wir zu den Phänomenen gelangen, die Sie beschreiben; Das gesamte Universum wäre als ein unendlich kleiner Punkt (eine sogenannte Singularität) entstanden, von dem Materie unglaublich heiß war.

Auf diesen Ebenen beginnt die Allgemeine Relativitätstheorie jedoch zusammenzubrechen, da ihre Gleichungen die Bedingungen eines solchen Universums nicht genau erklären können. Zum einen, wie Sie andeuten, hätte eine unendliche Dichte und potenziell unendliche Masse wahrscheinlich eine unendlich starke Schwerkraft.

In einer richtigen mathematischen Beschreibung des Universums ist kein Platz für solche Unendlichkeiten, und an diesem Punkt brechen Einsteins Gleichungen – die Grundlage für die Vorhersage der Entwicklung des Kosmos – zusammen. Diese Gleichungen liefern uns unzuverlässige Ergebnisse und wir stoßen auf einige der von Ihnen beschriebenen Probleme.

Die Quantenmechanik ist besser geeignet für solch kleine Skalen, aber sie erklärt nicht, wie die Schwerkraft wirkt und welche Rolle sie damals gespielt hat. Dies sagt uns also, dass QM und GR notwendigerweise unvollständig sind. Ihre Gleichungen können die Urknall-Singularität nicht vollständig beschreiben, zumal GR (das sich mit großen, massereichen Phänomenen befasst) und QM (das sich mit kleinen, massearmen Phänomenen befasst) nicht kompatibel sind und kleine, massereiche Phänomene nicht beschreiben können .

Daher bleiben viele Fragen unbeantwortet: Hat der Urknall das Universum erschaffen oder war es einfach ein Ereignis in der Geschichte des Universums? Warum sollte das Universum auf einen so kleinen Maßstab komprimiert werden? Würde die Idee eines unendlich dichten Universums gegen die Annahme eines unendlichen Universums verstoßen?

Es besteht seit langem die Hoffnung, dass diese Fragen im Rahmen einer Theorie der Quantengravitation erklärt werden können. Die Quantengravitation versucht, die allgemeine Relativitätstheorie und die Konzepte der Quantentheorie (QM und QFT) zu vereinen. Diese Hoffnungen haben kürzlich mit Hilfe der sogenannten Schleifenquantengravitation und ihrer Anwendung in der Kosmologie eine konkretere Form angenommen.

Die Quantengravitation ist noch unbewiesen und hypothetisch. Die Stringtheorie versucht auch, GM und QFT zu vereinheitlichen, ist aber nicht falsifizierbar. Der Urknall ist also ein Zeitpunkt, über den Astronomen wirklich wenig wissen. Es ist bedauerlich und überraschend, aber es ist etwas, das Physiker zu überwinden versuchen.

Die Schwerkraft der Erde (nennen wir es die Krümmung des Weltraums) im Erdmittelpunkt ist ungefähr null. In ähnlicher Weise nehmen wir an, dass ein dichtes frühes Universum immer noch unendlich und homogen war, also keine Sorge, die Schwerkraft hat sich auf ungefähr Null aufgehoben. Es gibt keine Beweise dafür, dass es sich um einen Materieklumpen handelte, der von einem leeren Raum umgeben war, wie es normalerweise bei einem Schwarzen Loch der Fall ist.

Denken Sie daran, der Urknall geschah genau hier, wo Sie jetzt sind, und all die Materie entfernte sich immer weiter von dem Punkt, an dem Sie sich befinden. Einfach alle Entfernungen nahmen ständig zu, ohne dass sich Materie beschleunigte oder sich in einen imaginären "Weltraum" bewegte.