Antes de que el universo alcanzara un cierto punto de expansión, debe haber sido tan denso que era un inmenso agujero negro, o una colección de agujeros negros. ¿Cómo podrían escapar de esto la materia y la radiación?

La pregunta sostiene que la densidad del universo primitivo debe haber significado que todo el universo era un agujero negro que abarca todo el universo … y luego se pregunta cómo podría escapar cualquier materia o energía.

No puede

Que yo sepa, no importa que haya escapado del universo.

¿Quizás estás pensando que la expansión del Universo en una expansión desde un punto en el espacio, y la singularidad del universo primitivo fue una singularidad de punto?

Esto no es correcto.

La singularidad del modelo big-bang puede haber sido infinita en extensión: implicada por el universo plano infinito. Es el universo observable que era muy pequeño, solo porque la luz aún no había viajado mucho.

El estado denso temprano no es compatible con la formación de un solo agujero negro enorme porque no había un centro para colapsar el asunto. Habría igual masa en todas las direcciones, por lo que el campo gravitacional neto habría sido cero en todas partes.

A medida que se expande el espacio-tiempo, podrían formarse agujeros negros, realmente grandes, sobre los centros que se formaron a partir de las homogeneidades resultantes.

No esperamos que todo el universo esté, de hecho, dentro de un agujero negro, porque la geometría no coincide muy bien.

Geometría del espacio-tiempo dentro de un agujero negro

No no. La densidad por sí sola no hace un agujero negro.

Lo que determina la gravedad no es la densidad. Es el llamado “tensor de estrés-energía-momento”. Sin entrar en detalles matemáticos, es una cantidad compuesta de densidad de energía, momento (cantidad de movimiento), presión y tensiones internas.

Para la materia ordinaria, esta cantidad está dominada por la densidad. Esta es la razón por la cual la gravedad newtoniana funciona: podemos calcular la gravedad de la Tierra, por ejemplo, solo a partir de su masa, sin tener en cuenta cosas como la presión interna o la velocidad de rotación de la Tierra. (Estos contribuyen al campo gravitacional de la Tierra, pero son correcciones muy pequeñas, medibles solo por misiones satelitales dedicadas).

Pero cuando la presión o los momentos son extremadamente altos (“relativistas”), la densidad por sí sola ya no es suficiente para deducir lo que podría o no suceder.

El universo primitivo era así. Claro que era denso. Sin embargo, al mismo tiempo, hubo una gran cantidad de impulso (se estaba desmoronando muy rápido) y también enormes presiones. Entonces uno no puede sacar conclusiones ingenuas solo de la densidad.

Más bien, uno tiene que emplear las ecuaciones de campo relativistas reales. Ya sabes, las mismas ecuaciones de campo que conducen a la solución del agujero negro. Lo que estas ecuaciones de campo nos dicen sobre el universo es que no, no será como un agujero negro. Más bien, se expandirá incluso a medida que las pequeñas desviaciones de su estado inicialmente homogéneo crezcan con el tiempo y finalmente se conviertan en progenitores de galaxias y estrellas (y sí, eventualmente también agujeros negros).

Lo único que no podemos decir con certeza es si el universo podría ser como un agujero negro invertido en el tiempo: un “agujero blanco”. Esto se debe a que, como nuestro universo, el interior de un agujero blanco se caracteriza por una singularidad pasada; y como nuestro universo, el interior del agujero blanco se describe mediante las mismas ecuaciones de campo (las llamadas ecuaciones de Friedmann), más o menos, que describen nuestro universo.

La pregunta obvia es si es así. La idea de que el universo está dentro de un agujero negro es algo que los cosmólogos exploran seriamente.

La teoría actual es que la masa creó la expansión, de modo que en la etapa previa a la inflación la densidad era alta pero la masa real era extremadamente baja. De modo que el radio de Schwartzchild era una fracción insignificante del espacio. Una vez que la inflación había comenzado, el espacio aumentó más rápido que la masa, por lo que el agujero negro en realidad se reduciría y no crecería.

Esto se prefiere porque el universo se está expandiendo a tasas cada vez más aceleradas. Esto sería difícil de explicar con el escenario anterior.

Bueno, técnicamente, ninguna materia o radiación ha “escapado” del Universo.

El universo puede haber sido siempre un agujero negro en expansión. El radio BH viene dado por:

R = 2MG / c ^ 2

Así que hoy, si tuviera que sustituir una estimación razonable de la masa total de Hubble por M , encontraría que R está en el rango de la escala de Hubble. De hecho, la ecuación anterior es casi acertada si ‘ 2 ‘ en el numerador se cambia a ‘ 1 ‘ (Algo que he recomendado en otras publicaciones, porque el radio de Schwarzschild no tiene en cuenta la energía agregada a la esfera por la acción de la gravedad sobre la gravedad). Entonces sí, podemos vivir en un BH en expansión. Mi punto es que un BH no necesariamente tiene que ser denso; si es muy grande, puede variar de forma rara.

Déjele a la física teórica que haga una respuesta simple compleja.

La gravedad es solo un problema si hay diferentes densidades. Como el universo primitivo era uniformemente denso, no podía colapsar sobre sí mismo.

Además, como las cosas estaban en todas partes, no había una extensión de vacío fuera de la región colapsada. Tampoco hubo equilibrio térmico.

Una explosión Una muy, muy grande explosión. Sabes, ese es un título pegadizo. Vamos a usarlo Llamémoslo The Big Bang [1].

Me gusta eso. Me alegro de que se me ocurrió.

Notas al pie

[1] Big Bang – Wikipedia

” … debe haber sido tan denso que era un inmenso agujero negro ” ¿Por qué crees que debe haber sido? No había espacio vacío alrededor de la colección de materia y energía, para convertirlo en un agujero negro.

Y no había lugar para escapar de las cosas, porque había cosas en todas las direcciones.