Wenn Sie eine unendliche Menge an Material haben (das keine kritische Masse für Kernreaktionen hat), würde diese Materie massive Schwarze Löcher bilden, die zu einem unendlichen Schwarzen Loch kondensieren? Ich sehe zwei Möglichkeiten: Entweder ist die Gravitationskraft von jedem Molekül identisch und dehnt sich unendlich in alle Richtungen aus, und daher wirkt keine Nettokraft auf das System, und daher kann es sich niemals zu schwarzen Löchern zusammenballen, oder - zufällige Bewegungen von Atomen verursachen Die gesamte Masse muss sich so weit verschieben, dass die Atome genügend unterschiedliche Stärken der Schwerkraft spüren, dass sie zu einem supermassiven (buchstäblich unendlichen) Schwarzen Loch zusammengezogen werden. Was erscheint am wahrscheinlichsten: eines von diesen beiden oder ein ganz anderes Ergebnis?
Ihre Frage berührt zwei verschiedene Themen.
Wenn die gesamte Materie im Universum genau gleichmäßig verteilt ist, kann sie niemals zu dichteren Strukturen zusammenbrechen, da jedes Teilchen im Universum eine Netto-Nullkraft spürt. Dies ist jedoch physikalisch nicht sinnvoll. Bei jeder Temperatur über dem absoluten Nullpunkt gibt es eine zufällige thermische Bewegung, und dies führt zu Dichteschwankungen.
Jede Schwankung der Dichte ist in dem Sinne instabil, dass, wenn Sie eine Region des Universums dichter machen, Sie ihre Schwerkraft erhöhen. Dies zieht andere Materie in Richtung der dichteren Region und es entsteht ein Teufelskreis. Angesichts der Tatsache, dass es in jedem realen Universum Fluktuationen geben muss, erwarten wir, dass sie dazu führen werden, dass das ursprünglich nahezu homogene Universum in dichtere Objekte zerfällt.
Ob sich Schwarze Löcher bilden, hängt davon ab, wie schnell sich die Materie im Vergleich zur Expansion des Universums ansammeln kann. Wenn sich das Universum sehr schnell ausdehnt, wird es dazu neigen, Materie schneller auseinander zu ziehen, als sie sich ansammeln kann, und wir werden nur relativ kleine Objekte erhalten, die keine schwarzen Löcher bilden. Für ein Universum wie das unsere ist die Expansion langsam genug, dass sich Objekte wie supermassereiche Schwarze Löcher bilden können. Tatsächlich entstanden sie sehr früh in der Geschichte des Universums.
Im Allgemeinen erwarten wir also, dass sich Schwarze Löcher bilden, und dies spricht den ersten Teil Ihrer Frage an. Das Problem ist, dass Sie dann fragen:
Die Atome spüren genug unterschiedliche Stärken der Schwerkraft, dass sie zu einem supermassiven (buchstäblich unendlichen) Schwarzen Loch zusammengezogen werden
Dies kann offensichtlich nicht in einem unendlichen Universum passieren, weil es unendlich ist, also kann man niemals alles darin zu einem einzigen unendlich schweren schwarzen Loch sammeln.
Abgesehen von diesem ziemlich offensichtlichen Einwand setzt die Expansion des Universums der maximalen Größe von Schwarzen Löchern eine Grenze. Die supermassiven Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien werden weiter wachsen, weil Galaxien immer noch kollidieren – die Milchstraße und die Andromeda-Galaxie werden in ein paar Milliarden Jahren kollidieren und ihre zentralen Schwarzen Löcher könnten gut verschmelzen. Allerdings wird die Expansion des Universums über sehr, sehr lange Zeiträume die verbleibenden Galaxien zu weit auseinander ziehen, als dass sie jemals kollidieren könnten, und ihre Schwarzen Löcher werden nicht (viel) größer werden.
In gewisser Weise könnte ein einziges endliches Schwarzes Loch entstehen, wenn auch nicht in unserem Universum. Ob sich ein Universum ausdehnt oder zusammenzieht, hängt von seiner durchschnittlichen Dichte ab. Wenn die Dichte hoch genug ist, wird sich ein expandierendes Universum verlangsamen und dann wieder zusammenziehen. Der Endpunkt der Kontraktion ist eine Singularität von unendlicher Dichte . Diese Singularität ist jedoch kein Schwarzes Loch – ihre Raumzeitgeometrie ist anders. Es ist auch nicht unendlich massiv, da geschlossene Universen notwendigerweise endlich sind.
Wir erwarten, dass Quantengravitationseffekte verhindern würden, dass die Dichte jemals unendlich wird
MeesterTeem
QMechaniker