¿Cómo pudo el universo inflarse a sí mismo a partir del muy denso y curvo espacio-tiempo primitivo? ¿Podría ocurrir también en un agujero negro?

¡Gran pregunta! Perdón por esta gran respuesta, y puede que no sea una respuesta satisfactoria, pero responderá a sus preguntas.

Lamentablemente, como ocurre con la mayor parte de la astronomía, el Big Bang está rodeado de misterio. Es una de las mayores incertidumbres que existen, y te darás cuenta de esto si has investigado lo suficiente.

La mayor parte de lo que podemos obtener del Big Bang es a través de la extrapolación. Si observamos la expansión del Universo, podemos suponer que en un punto había mucho menos espacio entre toda la materia del Universo. Sin embargo, aquí es donde las cosas comienzan a desmoronarse.

A través de la Relatividad General, que explica nuestra comprensión moderna de la gravedad, y nuestra extrapolación, llegaríamos a los fenómenos que estás describiendo; todo el Universo se habría originado como un punto infinitamente pequeño (llamado singularidad), a partir del cual la materia estaba increíblemente caliente.

Sin embargo, la Relatividad General comienza a fallar en esos niveles, ya que sus ecuaciones no pueden explicar con precisión las condiciones de tal universo. Por un lado, como sugieres, una densidad infinita y una masa potencialmente infinita probablemente tendrían una gravedad infinitamente fuerte.

No hay lugar para tales infinitos en una descripción matemática adecuada del universo, y en ese punto, las ecuaciones de Einstein, la base para predecir la evolución del cosmos, colapsan. Estas ecuaciones nos brindan resultados poco confiables y nos encontramos con algunos de los problemas que está describiendo.

La mecánica cuántica es más adecuada para escalas tan pequeñas, pero no logra explicar cómo actúa la gravedad y cuál era su papel en ese momento. Por lo tanto, esto nos dice que QM y GR son necesariamente incompletos. Sus ecuaciones no pueden describir la singularidad del Big Bang en su totalidad, especialmente porque GR (que se ocupa de los fenómenos grandes de gran masa) y QM (que se ocupa de los fenómenos pequeños de masa baja) son incompatibles y no pueden describir los fenómenos pequeños de gran masa. .

Por lo tanto, nos quedan muchas preguntas sin respuesta: ¿el Big Bang creó el Universo, o fue simplemente un evento en la historia del Universo? ¿Por qué el Universo se comprimiría a una escala tan pequeña? ¿Iría la idea de un universo infinitamente denso contra la presunción de un universo infinito?

Durante mucho tiempo ha habido esperanza de que estas preguntas puedan explicarse dentro de una teoría de la gravedad cuántica. La gravedad cuántica intenta unificar la relatividad general y los conceptos de la teoría cuántica (QM y QFT). Estas esperanzas han tomado recientemente una forma más concreta, con la ayuda de lo que se llama gravedad cuántica de bucles y sus aplicaciones a la cosmología.

La gravedad cuántica aún no está probada y es hipotética. La teoría de cuerdas también intenta unificar GM y QFT, pero es infalsable. Por lo tanto, el Big Bang es un punto en el tiempo del que los astrónomos saben muy poco. Es desafortunado y sorprendente, pero es algo que los físicos están tratando de superar.

La gravedad de la Tierra (llámese la curvatura del espacio) en el centro de la Tierra es aproximadamente cero. De manera similar, asumimos que un universo primitivo denso todavía era infinito y homogéneo , así que no se preocupe, la gravedad se canceló a aproximadamente cero. No hay evidencia de que fuera un bulto de materia rodeado por un espacio vacío, como suele ser un agujero negro.

Recuerde, el Big Bang sucedió aquí mismo, donde se encuentra ahora, y todo el asunto se volvió cada vez más distante del punto en el que se encuentra. Simplemente todas las distancias aumentaron todo el tiempo sin que la materia se acelerara o se moviera hacia algún "espacio exterior" imaginario.