¿Qué tan ancho y pesado era el universo en el momento del Big Bang? ¿Era nuestro universo un agujero negro antes de la explosión?

En realidad, son tres preguntas, una de las cuales se responde con frecuencia de manera incorrecta y otra no se aborda en absoluto. Así que abordaré cada uno por separado, pero con la información correcta.

“¿Cuán ancho … era el universo en el momento del Big Bang?”

Simplemente no lo sabemos. Esa es la única respuesta que es objetivamente correcta. No tenemos la primera pista. Cualquiera que diga de manera diferente está mal informado o está presionando una hipótesis favorita.

Lo que parece evidente, aunque tampoco está establecido de manera confiable, es que la totalidad de la masa pre-Bang existió es algún tipo de estado cuántico, pero debido a que no tenemos una teoría global real de la mecánica cuántica, ni siquiera podemos modelar cómo sería eso. . Por la misma razón, tampoco podemos modelar las condiciones que prevalecen en el núcleo de un agujero negro, porque eso también parece ser un fenómeno de nivel cuántico.

“¿Qué … pesado era el universo en el momento del Big Bang?”

Tampoco podemos saber esto. Algunos podrían suponer que fue la misma masa que la totalidad del universo que surgió de él después, pero eso no tiene en cuenta la conversión de materia-energía, partículas de Higgs y otras formas en que los sin masa pueden adquirir masa y viceversa. . Además, “pesado” es una cuestión de masa combinada con la gravedad, no solo la masa. Y la gravedad era un rasgo emergente, ya que la gravedad requiere que exista el espacio-tiempo, y el espacio-tiempo no existió hasta después del Big Bang, y se ha expandido desde entonces. Entonces el concepto de “peso” no tuvo sentido hasta después del Big Bang.

“¿Era nuestro universo un agujero negro antes de la explosión?”

No, o al menos ninguno de nuestros modelos actualmente semi-coherentes sugiere que lo fuera. Un factor común a todos los modelos actualmente influyentes del Big Bang es que el espacio-tiempo no existía antes del Bang, ese espacio-tiempo en sí mismo es parte de lo que creó el Big Bang. Un agujero negro es una masa tan grande y densa que curva el espacio-tiempo con tanta fuerza que todas las líneas del mundo exterior eventualmente desaparecen una vez que te acercas lo suficientemente cerca. Es decir, las únicas líneas del mundo restantes que le permiten a uno moverse hacia adelante en el tiempo se mueven hacia adentro, más cerca del núcleo del agujero negro, una vez que se acerca lo suficiente, es decir, una vez que pasa su horizonte de eventos.

La masa pre-Bang, por otro lado, no podía, de acuerdo con todas las teorías prevalecientes, ejercer ninguna gravedad, porque no había espacio-tiempo que pudiera curvarse. El espacio-tiempo no llegó a existir hasta después del Big Bang.

Dicho esto, hay una posible similitud, quizás incluso probable. Como se mencionó anteriormente, en ambos casos parece probable que toda la materia y la energía se concentraron a un nivel que solo se puede describir, en ese caso, en términos de mecánica cuántica. Dado que no tenemos un modelo viable para los fenómenos cuánticos en general, y no tenemos ningún conocimiento de la gravedad cuántica, ni siquiera podemos comenzar a modelar cómo eran esas condiciones y cuán similares podrían haber sido entre los agujeros negros y la masa previa al Bang. Pero supongo que se podría decir que nuestro sabor de ignorancia a este respecto tiene ciertas similitudes de un tema a otro.

Sin embargo, una idea errónea necesita corrección: la masa previa al Bang no era una masa infinita, no tenía energía infinita, no tenía densidad infinita y no ocupaba un volumen cero. Esa es una concepción común pero muy equivocada sobre lo que es una singularidad [1]. No hay infinitos en la naturaleza. Y nada, literalmente nada y solo nada, puede existir físicamente en un volumen inexistente. Una singularidad no es un punto de dimensiones cero con densidad infinita. Eso no tiene sentido y está totalmente contradicha por la realidad observable y la razón básica. Pero gracias a algunos escritores de ciencia ficción que malinterpretaron y / o tergiversaron las aplicaciones de la relatividad utilizadas para describir la naturaleza de los agujeros negros, se ha convertido en una definición comúnmente aceptada, aunque científicamente muy errónea, de “singularidad”.

Verá, cuando uno aplica modelos matemáticos basados ​​en la relatividad para postular y describir las condiciones cerca de los agujeros negros, uno encuentra una singularidad en el núcleo, donde el modelo matemático produce cero para las tres dimensiones espaciales de su volumen y produce infinito para su densidad. Pero no produce cero e infinito porque es una singularidad. Eso está confundiendo causa por efecto. Es una singularidad porque el modelo arrojó resultados sin sentido, a saber, cero e infinito.

Eso es en realidad una singularidad, un conjunto de condiciones bajo las cuales un modelo matemático que de otra manera se comporta bien produce resultados sin sentido. No significa que esos valores sean reales. Significa que el modelo se está aplicando incorrectamente o no es capaz de modelar esas condiciones. Este último es el caso de la relatividad con respecto a los núcleos de los agujeros negros.

El núcleo de un agujero negro es un fenómeno de nivel cuántico, regido por la mecánica cuántica, principalmente la gravedad cuántica. La relatividad no puede modelar fenómenos cuánticos; produce resultados sin sentido cuando lo intentas. Es por eso que obtienes cero e infinito para cosas que no son inexistentes ni infinitas, porque estás aplicando mal la relatividad para calcular algo que está fuera de su alcance.

Del mismo modo, la masa previa al Bang no existía en un volumen espacial de dimensiones cero y densidad infinita. El concepto mismo de tamaño físico, y por lo tanto también el concepto de densidad, no tienen sentido en el contexto de la masa previa al Bang, porque el espacio-tiempo aún no existía . No había espacio para ocupar hasta después del Big Bang.

Notas al pie

[1] Singularidad (matemáticas) – Wikipedia

Realmente no sabemos si el Big Bang fue lo que se supone con frecuencia, una singularidad de volumen cero y densidad de energía infinita (¡lo que no significa energía infinita! Cualquier energía, incluso una cantidad muy pequeña, si se divide por volumen cero dará densidad infinita ) Estamos bastante seguros de que lo que hoy es el universo observable era una cosa diminuta de muy alta densidad y temperatura hace unos 13.8 mil millones de años.

Tampoco estamos completamente seguros de si la inflación es la teoría correcta para el universo primitivo, aunque es la más ampliamente aceptada dada la evidencia observable, pero aun así los detalles son inciertos, y hay varias versiones diferentes de la teoría de la inflación que difieren en los detalles, haciendo que los primeros momentos del universo (pequeñas fracciones de 1 segundo de antigüedad) sean un poco conjeturas sin consenso real.

La materia aún no existía, así que hablar de “cuán pesado” o “cuán masivo” era el universo no tiene sentido. Originalmente fue todo “nacimiento del espacio-tiempo lleno de energía primitiva”, que sinceramente no sabemos realmente qué significa eso. Parte de esa energía fue a expandir el espacio-tiempo (el hipotético campo de inflaton y la partícula asociada y lo que llamamos “energía oscura”), algo “decayó” en lo que llamamos las 4 fuerzas fundamentales (en pasos llamados “transiciones de fase” similares a graduales ” congelamientos “), y algunos se convirtieron en lo que llamamos materia (antimateria).

En este modelo, la materia se formó al final de la inflación, cuando la gran cantidad de inflaton se descompuso en las partículas y antipartículas conocidas del modelo estándar. Se cree que la mayor parte de la materia y la antimateria se aniquiló rápidamente, pero por alguna razón hubo un “pequeño” exceso de materia sobre el antimater, que se convirtió en el universo material que tenemos hoy. Entonces, incluso toda la materia del universo actual es solo un pequeño porcentaje de la antimateria de materia originalmente formada. La aniquilación de la materia y la antimateria dejó una sopa muy densa de fotones, pero no pudieron llegar muy lejos porque la materia restante (quarks y electrones y luego núcleos ionizados por hidrógeno y helio) los dispersaría constantemente.

Existen diferentes hipótesis, pero la versión más común sugiere que al final de la inflación el universo era más o menos del tamaño de un guisante. Como se mencionó, no podemos hablar de “peso” o “masa” antes de la creación de materia estabilizada. Pero hay estimaciones sobre el contenido total de energía del universo, dividido en 3 categorías, materia y radiación, materia oscura y energía oscura.

Con respecto a la última pregunta, ¿podría nuestro universo ser un agujero negro “anterior” al Big Bang?

La mayoría de los físicos / cosmólogos no lo creen así, por razones que tomarían demasiado tiempo explicar aquí, pero que tienen que ver principalmente con el concepto de entropía. Los científicos ven una gran diferencia entre las llamadas “singularidades iniciales”, como un Big Bang con entropía extremadamente baja, y las “singularidades finales”, como los agujeros negros con una entropía muy alta. También está el problema de los contenidos energéticos. Incluso un agujero negro supermasivo en nuestro universo contiene solo una pequeña cantidad de energía en comparación con la energía de todo nuestro universo. ¿Cómo podría la pequeña cantidad de energía de un agujero negro formar un universo realista?

Pero dicho esto, también hay científicos muy respetados que piensan que los agujeros negros podrían dar lugar a otros universos, con algunos mecanismos desconocidos que podrían “impulsar” y convertir la pequeña energía con alta entropía acumulada en la singularidad del agujero negro en una explosión. de gran energía con muy baja entropía.

Suponiendo que hubo un “estallido” (¡ gran suposición!), Aquí hay una estimación basada en una energía de masa total del universo (¡ no peso!) De ≈ 8.7E52 kg (≈ 5.24E79 Unidad de masa atómica s ), de la NASA / WMAP determinado Densidad de masa del universo de .9 9.9E-30 g / cm ^ 3 (≈ 5.9 protones / m ^ 3).

Después de un Tiempo de Planck de expansión de velocidad de la luz ( c se define como una Longitud de Planck por Tiempo de Planck , exactamente), el Universo midió:


Algunos teóricos argumentan que “la explosión” ocurrió después de la “inflación” (al igual que los teólogos solían discutir sobre el número de ángeles que podrían caber en una cabeza de alfiler), y sea como sea … Lo que fue “antes de la explosión” (donde sea era) en todo caso, no es “conocible”.

Mi opinión personal es que no hubo “explosión”, el Universo fue y continuará como es (más o menos) para siempre, en algún gran proceso de reciclaje de energía, involucrando agujeros negros y la “espuma cuántica”, como esta:


Pero ese soy yo, y lo que “creo” no significa nada.

Actualmente, los investigadores hablan de “inflatons” que presumiblemente se verían como las pesadas partículas “W” y “Z” que ven en los aceleradores. Además, presumiblemente, el universo provenía de un versículo múltiple que incluía otros agujeros negros, estrellas de neutrones, enanas blancas, gigantes rojas, estrellas rojas y marrones, varios planetas, cometas, asteroides y también varias subpartículas atómicas. En este versículo múltiple debe haber un cuerpo central que los absorba periódicamente y luego los expulse en forma de discos que tienen cuerpos que implosionan y luego explotan. Tal cuerpo podría considerarse una estrella “de cuatro dimensiones” (que los investigadores han propuesto en artículos científicos). Supongo que sería Spacetme acoplado a la materia y la energía. Me pregunto cómo sería una estrella tetradimensional …

Tiene exactamente la misma masa que ahora debido a la conservación de la masa y la energía y tiene 0 pesos porque eso proviene de la gravedad que tira de los objetos