Если бы наблюдаемая вселенная была сжата в сверхмассивную черную дыру, насколько большой она была бы? - физиков.нет
Винтажный Клуб для гитаристов
17 голосов
/

Я понимаю только немного общей теории относительности, но именно поэтому я здесь! :)

Рассмотрим гипотетическую ситуацию, когда какой-то внеземный разум толкает всю массу наблюдаемой вселенной, каждую последнюю субатомную частицу в гигантскую черную дыру. Какова площадь поверхности такого объекта? Ради аргумента, давайте оставим это очень идеализированным. Темная энергия, какой бы она ни была, может быть захвачена и выброшена в сверхмассивную черную дыру; предположим, что нет излучения Хокинга, вызывающего его медленное испарение и т. д.

Ответы [ 3 ]

19 голосов
/

Расчет

  1. Сначала я пошел сюда , получив число 3,14 × 10 ^ 54 кг.

  2. Под "размером черной дыры" я понимаю радиус Шварцшильда . Что составляет $r=\frac{2 G M}{c^2}$.

  3. Тогда я просто сделал математику:
    http://www.wolframalpha.com/input/?i=2G%2A(3.14E54+kg)%2Fc%5E2
    Получение ~ 5 диаметров наблюдаемой Вселенной ...

Проблема

Мне было очень неловко от результата. Действительно: я взял массу наблюдаемой Вселенной и получил 5-кратный радиус наблюдаемой Вселенной . Но как на Земле наблюдаемая Вселенная меньше черной дыры, которую вы можете из нее сделать?!

Для уточнения давайте также рассчитаем, как "плотность" черной дыры зависит от ее массы:
$\rho(M) = \frac{3M}{4\pi r^3}=\frac{3Mc^6}{4\pi\cdot 8 G^3 M^3} = \frac{3 c^6}{32\pi G^3}\cdot\frac{1}{M^2}$
Получили, что с ростом массы черной дыры ее «плотность» уменьшается. При действительно больших массах он становится настолько рассеянным, что даже становится меньше плотности Вселенной, какой мы ее видим.

Толкование и ответ

Теперь, как я понимаю это. черная дыра - это " область пространства , из которой ничто, даже свет, не может вырваться". Итак, чтобы разобраться в этом вопросе, мы должны представить себе некоторое (предположительно, плоское) пустое пространство. И затем мы вкладываем в это все, что собрали. Оказывается, что даже если мы не «сжимаем» этот материал (мы можем даже сделать его в 1046 * раз более рассеянным), гравитационное притяжение системы будет достаточно сильным, чтобы «ничто, даже свет, не могло убежать» из системы.

Итак, насколько я понимаю ситуацию, ответ на вопрос таков: инопланетянам не нужно ничего делать со Вселенной, чтобы сделать из нее черную дыру (в некотором смысле).

12 голосов
/

Около 73% энергии Вселенной хранится в темной энергии - скорее всего, космологической постоянной - которая имеет отрицательное давление, численно равное плотности энергии. Поскольку это космологическая «константа», эта часть массы Вселенной не может быть действительно сжата. Поэтому проблематично включать темную энергию в «массу, которую вы хотите сжать».

Только темная материя и видимая материя - чье давление почти равно нулю - действительно могут быть сжаты. Так что это будет около $1\times 10^{54}$ для видимой Вселенной. $2GM/c^2$ для этой массы $M$ дает около 150 миллиардов световых лет, что примерно в 3 раза больше радиуса наблюдаемой Вселенной.

Мы получили результат, который, даже если мы подсчитаем только «дисперсный» компонент массы Вселенной, мы обнаружим, что Вселенная на самом деле меньше черной дыры. Это не противоречие, потому что Вселенная не является статичной системой. Вселенная не могла бы быть такой маленькой. Однако галактики отступают друг от друга, что предотвращает образование ближайшего горизонта событий. Вместо этого самый близкий горизонт в реальности - это «космический горизонт» - как далеко мы действительно можем видеть из-за конечной скорости света и конечного возраста Вселенной. Это зависит от наблюдателя, но фактически делает все, что за этим горизонтом нефизическим.

Наша Вселенная, в которой доминирует темная энергия, уже довольно близка к пустому пространству де Ситтера, которое с многих точек зрения аналогично черной дыре, за исключением того, что внутренняя часть видимой части пространства де Ситтера аналогична внешность нормальной черной дыры и аналогия интерьера черной дыры - это все, что находится за космическим горизонтом - там, где мы не видим. Нельзя вводить аналогию со статическими черными дырами напрямую, потому что наша Вселенная не является статичной в нормальных космологических координатах.

0 голосов
/

Зачем вам нужно сжимать вселенную?

Радиус наблюдаемой вселенной равен радиусу Шварцшильда от общей массы наблюдаемой вселенной. С точки зрения плотности Вселенная достаточно плотна, чтобы быть черной дырой. Но это не черная дыра, она ведет себя как белая дыра. Если вы хотите получить черную дыру, вы бы предпочли изменить направление времени, чтобы преобразовать расширение Хаббла в сжатие Хаббла.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...