Pourquoi le big bang n'a-t-il pas simplement produit un gros trou noir?

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Questions auxquelles je me suis souvent posé des questions:

1) Si toute la matière et l'énergie étaient concentrées en un seul point lors du big bang, pourquoi n'était-ce pas un trou noir, ou pourquoi n'en formait-il pas un?

2) Si la raison n ° 1 ci-dessus n'a pas formé un trou noir est l'une des explications telles que l'inflation ou autre, alors pourquoi toute la masse et l'énergie n'ont-elles pas formé un grand trou noir à un moment fini après ce big bang arrivé? Par exemple, j'ai (peut-être à tort) entendu que l'inflation a fait de l'univers la taille d'une orange. Eh bien, pourquoi cela n'a-t-il pas formé un trou noir? Ou une fois que l'univers s'est étendu, disons, à la taille de la lune. Pourquoi pas alors? Insérez simplement la taille raisonnable que vous souhaitez à la place de "orange" ou "lune". La question est pourquoi un trou noir ne s'est-il pas formé de toute la matière et l'énergie après le big bang?

Merci.

black-hole big-bang-theory yadda
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Yadda - vos commentaires sur les deux excellentes réponses ci-dessous montrent qu'il y a des fondamentaux que vous devez comprendre. Sans eux, vous ne pourrez pas comprendre pourquoi cette question n'a pas vraiment de sens. Je suggérerais d'étudier le comportement des modèles GR de l'espace-temps approchant cette singularité au temps = 0 pour voir pourquoi vos hypothèses sont erronées.
Rory Alsop
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Lisez aussi astronomy.stackexchange.com/questions/6305
Rory Alsop

Réponses:

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Votre problème découle essentiellement de la tentative d'appliquer la logique du trou noir de Schwarzchild, dont les hypothèses sont à peu près violées au maximum au big bang.

Ce qui suit était vrai au big bang et violait la logique habituelle de formation des trous noirs.

L'événement s'est produit partout dans l'espace, pas vraiment un point. En particulier, l'énergie était uniformément répartie partout. Le potentiel gravitationnel net était donc proche de zéro, et il n'y avait aucun point auquel tout pouvait s'effondrer. De plus, comme les objets étaient partout, il n'y avait pas de vide (dans un espace-temps plat, pas moins) en dehors de la région qui s'effondrait. De plus, les choses bougeaient rapidement, étaient dans un état très excité et n'étaient pas en équilibre thermique (jusqu'à ce que l'inflation atteigne, puis les choses étaient trop diluées et déconnectées causalement pour s'effondrer en masse).

t=0

Modifier:

Cette question a été posée à plusieurs reprises sur la physique SE.

/physics//q/20394/55483

/physics//q/3294/55483

/physics//q/26435/55483

Peut-être que les réponses seront éclairantes.

zibadawa timmy
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Les singularités du trou noir et du big bang sont semblables à l'espace. Bien que si vous insistez pour appliquer les concepts newtoniens ici, le théorème de la coquille de Newton signifie que tout peut s'effondrer autour de chaque point, ce qui est moralement similaire au big bang en sens inverse en tout cas. Bien sûr, il n'y a pas de problème avec un big bang `` newtonianisé '' car ils ne forment jamais de trous noirs, donc je ne sais pas si cela répond à la question, mais peut-être que cela pourrait être développé davantage.
Stan Liou
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t=0
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@yadda si vous considérez le Soleil isolément, ou généralement le champ gravitationnel sur tout corps isolé, sphérique symétrique, alors il est décrit par l'espace-temps de Schwarzschild. Si vous le rétrécissez alors, vous obtenez évidemment un trou noir Schwarzschild. Donc, ce que vous avez appris est vrai mais est très spécifique à un contexte particulier, et votre erreur est de généraliser à partir de mauvaises propriétés de ce contexte.
Stan Liou
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@yadda J'ai ajouté quelques liens vers la physique SE, où cette question a été posée et répondue à plusieurs reprises. En bref, il y a deux possibilités: soit ça marche comme vous voulez parce que les choses sont assez bien pour ça, soit ils ne le font pas parce qu'ils ne le sont pas. Au début de la cosmologie, nous sommes dans ce dernier cas, et aucun "moment spécifique" ne changera jamais cette dichotomie. Avancez suffisamment de temps et des trous noirs se formeront comme vous vous y attendez de la manière à petite échelle à laquelle nous sommes habitués. Plus tôt que cela et les conditions ne sont pas bonnes. C'est comme attendre des glaçons au centre du soleil.
zibadawa timmy
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@OlegMihailik C'est faux. Il y a bien plus d'exigences que simplement "une masse suffisante dans un rayon". C'est exactement l'argument en faveur de la formation d'un trou noir Schwarzchild. C'est à peu près correct dans l'univers tel qu'il est aujourd'hui, mais ce n'est tout simplement pas applicable peu de temps après le big bang. Le GR contient bien plus que la masse et les rayons. Voir aussi la réponse de Stan.
zibadawa timmy
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Un trou noir est une région d'espace-temps séparée par un horizon d'événements, ce qui signifie qu'aucun signal provenant de l'intérieur ne peut se propager vers l'extérieur, quelle que soit la durée d'attente. Localement, l'horizon des événements n'a rien de spécial; si vous tombez dans un trou noir, il n'y a rien de marquant que vous ayez traversé et aucune expérience locale (courte dans l'espace et la durée) qui vous dira que vous êtes déjà condamné. L'observation conceptuelle la plus importante ici est qu'un moyen de «trou noir» n'est pas défini par les conditions locales, mais par la structure de l'espace-temps à plus grande échelle.

Cela signifie que penser aux trous noirs essentiellement déterminés par une densité particulière est une erreur. Cela confirme si vous regardez la densité d'un cas simple d'un trou noir de Schwarzschild: plus le trou noir est grand, moins il est dense (bien que pour le volume, certaines mises en garde s'appliquent). Il n'y a pas de «point de densité» magique pour les trous noirs; si quelque chose forme ou non un trou noir est déterminé par les conditions globales de l'espace-temps.

EDIT : Le point de @zibadawa timmy concernant l'uniformité est très pertinent. Puisque tous les points de l'espace sont équivalents, il n'y a pas de point spécial autour duquel un horizon d'événement absolu pourrait se former pour l'enfermer de manière indépendante de l'observateur, et donc pas de trou noir. Il s'agit de la différence la plus importante dans laquelle l'espace-temps de structure à grande échelle dans les solutions Big Bang est très différent des scénarios d'effondrement stellaire.

1) Si toute la matière et l'énergie étaient concentrées en un seul point lors du big bang, pourquoi n'était-ce pas un trou noir, ou pourquoi n'en formait-il pas un?

La matière et l'énergie n'étaient pas nécessairement concentrées en un seul point. Il n'y a que les cosmologies du Big Bang pour lesquelles cela est même une analogie exploitable sont celles impliquant un univers fermé, qui n'est certainement pas toutes. Mais c'est une idée fausse distincte.

Mais pour autant que nous le sachions, la densité locale en tout point a divergé à l'infini dans le passé fini. Il est donc logique de se demander encore pourquoi ne pas que la cause de la formation d'un trou noir. Mais la réponse est simple: ce n'est pas le cas, car il n'y a aucune raison de le faire, car l'amplitude de la densité locale n'est pas pertinente.

La question est pourquoi un trou noir ne s'est-il pas formé de toute la matière et l'énergie après le big bang?

Nous n'avons pas besoin d'un mécanisme spécial pour l'empêcher, car il n'y a aucune raison générale pour qu'il devienne un trou noir en premier lieu.

Je qualifie de `` général '' ici parce qu'il y a un sens dans lequel une cosmologie d'un univers fermé est déjà comme l'intérieur d'un trou noir, et l'univers dans son ensemble pourrait même se replier comme un Big Crunch , imitant le type plus ordinaire d'effondrement stellaire dans un trou noir. Le Big Crunch est empiriquement exclu par la découverte que l'expansion cosmologique s'accélère cependant.

Ainsi, encore une fois, qu'il forme ou non (quelque chose comme) un trou noir dépend de la structure à grande échelle de l'espace-temps, quelle que soit la taille de la densité locale.

Stan Liou
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@yadda Comme je l'ai dit (et Stan vous l'a dit dans un commentaire sur ma réponse), l'argument "emballer suffisamment de masse / énergie dans un espace assez petit ..." n'est valable que pour les trous noirs de Schwarzschild. Cela suppose que vous avez une densité de masse gravitant vers un point dans un espace-temps plat (approximativement) plus grand qui est (approximativement) à l'état de vide. Ceci est extrêmement violé dans des conditions de big bang. Les singularités dans GR n'ont pas toutes une seule caractérisation. Nous ne pouvons décrire de manière significative que quelques cas parmi les nombreux imaginables, et chacun est significativement différent du dernier.
zibadawa timmy
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@yadda Comme je l'ai dit dans la première phrase de cette réponse, un trou noir est une région entourée d'un horizon d'événements. C'est ce que le terme « trou noir » des moyens . Si vous "ne faites pas cela" et que vous "ne vous souciez pas de l'horizon des événements", alors vous ne parlez même pas du tout de trous noirs. C'est si simple.
Stan Liou
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@yadda Un horizon d'événement a tout à voir avec lui car sa présence ou son absence détermine directement si le trou noir s'est formé ou non, répondant ainsi directement à votre question. «Formes de trous noirs» signifie «formes d'horizon des événements», car c'est la présence de l'horizon des événements qui est la propriété qui définit les trous noirs. Votre insistance sur le fait que cela n'est pas pertinent, c'est un peu comme demander de montrer pourquoi quelqu'un est célibataire sans être autorisé à se référer à leur statut matrimonial. C'est une condition complètement ridicule, car elle fait partie du sens essentiel des termes dont nous discutons.
Stan Liou
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@yadda 1) aucun des deux ne détermine physiquement l'autre; ils signifient littéralement la même chose, cf. première page de la première phrase wikipedia , ou explication ultérieure ou élaborations ultérieures, telles que "la caractéristique déterminante d'un trou noir est l'apparition d'un horizon d'événement" 2) ok.
Stan Liou
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Ce que les scientifiques disent, c'est que la masse n'existait pas la première fois que c'était de l'énergie pure, et l'inflation s'est produite à des vitesses très élevées (plus de 50 fois la vitesse de la lumière) donc même lorsque des particules et de la masse sont apparues (moins de 1 milliard) l'énergie a été convertie en masse, matière et anti-matière après: E = mc ^ 2) il y avait une vitesse d'expansion très élevée, telle que l'hydrogène et l'hélium se sont formés dans les taux (75% H, 25% He et très peu de Li ), mais aucun élément plus lourd, selon les scientifiques, les densités ont diminué rapidement et uniformément (en termes de minutes en raison des vitesses d'expansion), en revanche un trou noir nécessite des densités de masse très élevées pour se former.

Il est donc arrivé que les conditions initiales étaient très différentes d'une grande étoile / supernova et conduisent à des résultats différents.

AMA1123
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Je ne pense pas que les scientifiques diraient cela. Ils disent ça .
peterh dit réintégrer Monica le
Au moins, c'est ce que j'ai compris de GUT
AMA1123
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Un trou noir créé par, disons, l'effondrement d'une étoile a un vide d'un côté et la matière se déplaçant dans une direction (vers le centre) de l'autre se densifiant avec le temps.

Le Big Bang représente presque exactement le contraire - toute la matière était entourée d'une quantité égale de matière également dense et toute la matière s'éloignait les unes des autres. Dans un univers aussi uniforme, rien ne peut provoquer un effondrement singulier.

Bien plus tard, lorsque la densité et le taux d'expansion étaient plus bas, il existe une possibilité de mouvement aléatoire rassemblant suffisamment de masse pour créer un trou noir ... cependant, dans ce cas, vous parlez probablement de milliards de trous noirs - qui seraient désormais d'innombrables très gros trous noirs.

Jack Spite
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Qui a dit que ça n'avait pas produit un gros trou noir?

Nous pouvons très bien vivre à l'intérieur d'un grand trou noir. Si vous appliquez la masse hypothétique de notre univers à l' équation de rayon de Schwarzschild , le rayon résultant ne sera pas trop loin (par ordre de grandeur) au rayon observable de l'univers visible. En effet, ce que nous appelons "Big Bang" peut simplement être la formation de notre "univers de trou noir" à partir d'une étoile précédente dans un autre Univers (donc la théorie d'un "Multivers"). Cela explique au moins pourquoi notre univers est fini , mais la lumière ou la matière ne peuvent apparemment pas y échapper.

Cela a été proposé pour la première fois il y a au moins 45 ans ( ici ), je ne sais pas pourquoi ce n'est pas plus populaire, car c'est si fascinant. (Si vous vivez dans un pays pauvre - je crois que la science devrait être universelle, et pas seulement pour les riches - je suggère d'utiliser sci-hub , comme ici .)

Les réponses à cette question expliquent l'idée avec plus de détails.

Rodrigo
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