La extrapolación de la expansión del Universo hacia atrás en el tiempo usando la relatividad general produce una densidad y temperatura infinitas en un tiempo finito en el pasado.
Si la materia contenida dentro de nuestra galaxia estuviera concentrada dentro de un pequeño radio, ¿no llevaría eso a que todo el universo fuera un agujero negro? Si es así, ¿cómo es posible que toda la materia de nuestro universo observable se haya originado en una región de densidad infinita?
Esta es en realidad una pregunta común. Se han creado muchos sitios web para tratar de explicar esto . Me gusta este por ejemplo . Intentaré hacer mi propia explicación laica.
En primer lugar, para tener un agujero negro, debe tener un lugar para que esté. Dado que no existe el universo, no hay un lugar para que exista realmente el agujero negro. Es como preguntar, qué está al norte del polo norte. No hay referencia para una respuesta.
En segundo lugar, la gravedad y otras fuerzas fundamentales no actuaron de la forma en que estamos acostumbrados a que actúen. Las cuatro fuerzas fundamentales se combinaron en una fuerza básica. Por lo tanto, no existía tal cosa como la gravedad para actuar realmente sobre la masa tal como existía. Y luego está el problema de que no había masa real. Era energía, que estaba creando la densidad del universo. Sé que es un poco contrario a la intuición de cómo estamos acostumbrados a entender estos términos. De hecho, Brian Greene tiene una buena explicación de todo esto en su libro Elegant Universe . Baste decir que, al comienzo del universo, las fuerzas fundamentales realmente actuaron de manera muy diferente a como las vemos ahora. A medida que la gravedad se separaba de las otras fuerzas, en realidad tenía un efecto de repulsión en lugar de atracción.
Finalmente, el big bang no fue realmente una explosión o un estallido como uno pensaría. En realidad, es la rápida expansión del espacio mismo. En lugar de que las cosas se alejen unas de otras en un espacio fijo, el movimiento en realidad es causado por el espacio entre los objetos que se hace más grande. Visualizar esto generalmente se presenta como un globo que se expande y ver cómo dos puntos en la superficie del globo se alejan más el uno del otro sin moverse realmente en la superficie. Por supuesto, es más difícil visualizar esto en tres dimensiones (o en realidad cuatro). Si bien estamos limitados a la velocidad de la luz para cualquier objeto, la expansión del espacio en sí no está limitada por esto ( el libro de Brian Greene también tiene información sobre esto).
La conclusión es que cualquier cosa que creas que sabes probablemente debería descartarse cuando piensas en el Big Bang. La razón por la que existe la "teoría de cuerdas" y muchas otras cosas es que la física cuántica clásica y la física de la relatividad se rompen en la época de Plank, que está en el corazón del big bang.
Espero que eso ayude.
¡Buena pregunta! A menudo reflexionaba sobre eso yo mismo. Como explica este sitio web , ¡el Big Bang no fue un agujero negro básicamente porque no podía serlo! Un agujero negro es la solución matemática a las ecuaciones de la relatividad general de Einstein que describe una región preexistente del espacio-tiempo que colapsó gravitacionalmente y formó una singularidad. Dado que no había espacio-tiempo antes del Big Bang, no podía ser un agujero negro.
Pero, ¿qué fue el Big Bang? Resulta que si cambias el signo de t (tiempo) en la solución del agujero negro a las ecuaciones de Einstein, el resultado también es una solución matemática perfectamente válida. Describe un agujero negro en tiempo inverso, o en otras palabras, bueno, ¡el Big Bang! Una singularidad explota hacia el exterior en una bonita y plana (¡tish!) región del espacio-tiempo. Esta solución también se conoce como la solución del agujero blanco .
Durante la etapa inicial del Big Bang conocida como la etapa de inflación (de ahí el nombre de "Teoría de la inflación"), las leyes de la física eran diferentes de lo que son hoy. Las fuerzas del electromagnetismo, las fuerzas nucleares fuerte y débil y la gravitación se unificaron en una sola fuerza.
En los primeros 10 a 35 segundos, las fuerzas se separaron y el universo, tan pequeño como era en esta etapa, se llenó de lo que se conoce como energía del vacío. Como consecuencia de esta densidad de energía del vacío (que desempeña el papel de una constante cosmológica efectiva), la gravitación se volvió repulsiva durante un período de aproximadamente 10 a 32 segundos. Esto hizo que el universo se expandiera a un ritmo asombroso.
En el momento en que la gravitación se convirtió en una fuerza de atracción, el universo se ha expandido más allá de la densidad crítica requerida para colapsar sobre sí mismo y formar una singularidad.
produce una densidad y temperatura infinitas en un tiempo finito en el pasado.
No del todo, la extrapolación se detiene en algún momento alrededor de una longitud de Planck, nadie dice qué sucedió antes de eso.
¿Eso no llevaría a que todo el universo sea un agujero negro?
No, incluso si el universo fuera originalmente una singularidad después de la inflación, no lo fue y no lo es.
Con bastante retraso, permítanme mencionar mi respuesta a ¿Ocurrió el Big Bang en algún momento? . Esto explica la geometría del universo en expansión en términos sencillos y debería dejar claro en qué se diferencia de la geometría de un agujero negro.
debido a que la geometría de las dos soluciones es completamente diferente, no hay razón para esperar que evolucionen de la misma manera y, de hecho, no es así.
Analogía:
La teoría de la inflación se propuso para resolver el problema de la planitud y el problema del horizonte. La inflación termina después de los primeros 10^-32 segundos. Nuestro universo observable tenía el tamaño de un grano de arena que contenía una masa-energía de ~10^80 GeV, que es mucho más denso que la densidad crítica que presumiblemente lo haría colapsar en un agujero negro.
Sin embargo, me parece que si el universo observable fuera todo lo que había (solo este grano de arena rodeado de vacío), entonces el universo se habría colapsado en un agujero negro. El universo debe haber sido mucho más grande que nuestro grano de arena observable, y la masa-energía debe haberse distribuido suavemente fuera de nuestro grano de arena observable.
Aquí hay un buen sitio web para entender la dinámica. Recomiendo comenzar con la sección de dinámica newtoniana antes de profundizar en la dinámica GR y FRW. http://hiperfísica.phy-astr.gsu.edu/hbase/Astro/expuni3.html#c1
Se puede obtener una idea de la expansión a partir de un modelo de expansión newtoniano que conduce a una versión simplificada de la ecuación de Friedman.
Existe un concepto conocido como entelequia, que básicamente significa una idea tan complicada y tan llena de casos límite que no se pueden obtener ideas útiles de ella.
Una entelequia es el concepto de dios, un súper ser que creó todo en solo 6 días y que necesita tu dinero. Y el registro fósil fue puesto allí por el bien solo para probar su fe. Eventualmente se vuelve tan complicado que es extremadamente improbable que haya un dios.
Lo mismo ocurre con la teoría del big bang. Si alguna vez hubo un Big Bang, significa que en algún momento en el tiempo, un lugar donde toda la materia del universo estaba en un lugar más pequeño que cualquier estrella. Y la cosmología muestra que cualquier estrella del tamaño del sol y 1.000 veces su masa va a ser un agujero negro. Y un agujero negro por definición no permitirá que nada se escape, ni siquiera la luz.
Como ve, puede complicar la teoría tanto como quiera, cambiar las leyes de la física cuando ocurrió el Big Bang, crear teorías de inflación, pero ¿en qué se diferencia eso de decir que el registro fósil se colocó allí para probar su fe?
qmecanico