Si tiene una cantidad infinita de cualquier material (que no tiene una masa crítica para tener reacciones nucleares), ¿esta materia formaría agujeros negros masivos que se condensarían en un agujero negro infinito? Veo dos opciones: O la atracción gravitacional de cada molécula es idéntica, se extiende infinitamente en todas las direcciones y, por lo tanto, no hay una fuerza neta en el sistema, por lo que nunca puede agruparse para formar agujeros negros, o... Los movimientos aleatorios de los átomos causan toda la masa se desplace lo suficiente como para que los átomos sientan fuerzas de gravedad lo suficientemente diferentes como para que se unan en un agujero negro supermasivo (literalmente infinito). ¿Qué parece más probable: uno de estos dos, o un resultado completamente diferente?
Su pregunta toca dos temas diferentes.
Si toda la materia del universo se distribuye de manera uniforme, nunca puede colapsar en estructuras más densas porque cada partícula en el universo siente una fuerza neta cero. Sin embargo, esto no es físicamente razonable. A cualquier temperatura por encima del cero absoluto, habrá algún movimiento térmico aleatorio, y esto provocará fluctuaciones de densidad.
Cualquier fluctuación en la densidad es inestable en el sentido de que si haces que una región del universo sea más densa, aumentas su gravedad. Esto atrae otra materia hacia la región más densa y se obtiene un círculo vicioso. Entonces, dado que en cualquier universo real deben existir fluctuaciones, esperamos que causen que el universo inicialmente casi homogéneo se fragmente en objetos más densos.
La formación de agujeros negros depende de la rapidez con que la materia se agregue en comparación con la expansión del universo. Si el universo se expande muy rápidamente, tenderá a separar la materia más rápido de lo que puede agregarse, y solo obtendremos objetos relativamente pequeños que no formarán agujeros negros. Para un universo como el nuestro, la expansión es lo suficientemente lenta como para que se puedan formar objetos como agujeros negros supermasivos. De hecho, se formaron muy temprano en la historia del universo.
Entonces, en general, esperamos que se formen agujeros negros, y esto responde a la primera parte de su pregunta. El problema es que luego preguntas:
los átomos sienten suficientes intensidades diferentes de las fuerzas de la gravedad que se juntan en un agujero negro supermasivo (literalmente infinito)
Obviamente, esto no puede suceder en un universo infinito porque, bueno, es infinito, por lo que nunca puedes reunir todo lo que hay en él en un solo agujero negro infinitamente pesado.
Aparte de esta objeción bastante obvia, la expansión del universo pone un límite al tamaño máximo de los agujeros negros. Los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias seguirán creciendo porque las galaxias siguen chocando: la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda chocarán en unos pocos miles de millones de años y es posible que sus agujeros negros centrales se fusionen. Sin embargo, en escalas de tiempo muy, muy largas, la expansión del universo separará demasiado a las galaxias restantes para que colisionen y sus agujeros negros no crezcan (mucho) más.
En cierto sentido, podría formarse un solo agujero negro finito , aunque no en nuestro universo. Que un universo se expanda o se contraiga depende de su densidad promedio. Si la densidad es lo suficientemente alta, un universo en expansión se ralentizará y luego comenzará a contraerse nuevamente. El punto final de la contracción es una singularidad de densidad infinita . Sin embargo, esta singularidad no es un agujero negro: su geometría del espacio-tiempo es diferente. Tampoco es infinitamente masivo ya que los universos cerrados son necesariamente finitos.
esperamos que los efectos de la gravedad cuántica impidan que la densidad se vuelva infinita
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