Frage:
Beziehung zwischen Masse und Radius des Schwarzen Lochs und der unseres Universums
Rodrigo
2014-01-16 04:15:07 UTC
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Gibt es eine Grafik bekannter Schwarzer Löcher mit ihrer geschätzten Masse auf der X-Achse und ihrem geschätzten Radius auf der Y-Achse? Wenn ja, wo können wir es finden? Ich würde gerne wissen, ob ein schwarzes Ganzes mit der gesamten geschätzten Masse unseres Universums den geschätzten Radius unseres Universums haben würde (was bedeutet, dass unser Universum ein Schwarzes Loch sein könnte, deshalb kann Licht ihm nicht entkommen und es sieht "endlich" aus ).

Heute habe ich 1972 einen Artikel gefunden, der diese Hypothese vorschlägt: http://www.nature.com.sci-hub.cc/nature/journal/v240/n5379/pdf/240298a0.pdf
http://sci-hub.tw/http://www.nature.com/nature/journal/v240/n5379/pdf/240298a0.pdf
Da Ihre Grundidee ist, dass sich das Universum in einem Schwarzen Loch befindet, denke ich, dass [diese Frage und Antwort] (https://astronomy.stackexchange.com/questions/10921/is-our-universe-included-inside-a-black -hole? rq = 1) erklärt, warum wir nicht in einem schwarzen Loch sind. Dort gibt es auch einen Link zu einer Frage zur Physics SE, die ebenfalls darauf eingeht.
@StephenG Wie kann meine Frage ein Duplikat sein, wenn sie zuvor gestellt wurde? Ich werde mir die von Ihnen bereitgestellten Links ansehen, danke.
@StephenG Ich sagte, dass unser Universum vielleicht ein Schwarzes Loch ist, nicht "ist in einem", ich denke nicht, dass es dasselbe ist. Und die Ergebnisse liegen alle in der gleichen Größenordnung. Angenommen, all diese Zahlen sind bestenfalls gute Ansätze und unser Universum als Schwarzes Loch muss nicht den gleichen Regeln folgen, denen Schwarze Löcher in unserem Universum folgen, und auch wenn man bedenkt, dass dunkle Energie "erst gestern" entdeckt wurde, tue ich das nicht. Ich denke nicht, dass diese Hypothese noch verworfen werden sollte.
Eine andere Quelle: https://www.nationalgeographic.com/news/2010/4/100409-black-holes-alternate-universe-multiverse-einstein-wormholes/ oder direkt zum Originalpapier: https: //www.sciencedirect. com / science / article / abs / pii / S0370269310003370
Eine andere: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2016/02/064
Noch eine: https://sci-hub.tw/https://doi.org/10.1038/232440a0
Zwei antworten:
#1
+7
Stan Liou
2014-01-16 06:52:42 UTC
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Nach dem kosmologischen Standardmodell ΛCDM hat das beobachtbare Universum eine Dichte von etwa $ \ rho = 2,5 \! \ times \! 10 ^ {- 27} \; \ mathrm {kg / m ^ 3} $, mit einer kosmologischen Konstante von ungefähr $ \ Lambda = 1,3 \! \ times \! 10 ^ {- 52} \; \ mathrm {m ^ {- 2}} $, ist räumlich sehr nahe, und hat einen aktuellen richtigen Radius von ungefähr $ r = 14.3 \, \ mathrm {Gpc} $.

Daraus können wir schließen, dass die Gesamtmasse des beobachtbaren Universums ungefähr $$ M = \ frac beträgt {4} {3} \ pi r ^ 3 \ rho \ sim 9.1 \! \ Times \! 10 ^ {53} \, \ mathrm {kg} \ text {.} $$ Sinus, das Universum im Allgemeinen ist nicht rotierend und ungeladen Es ist natürlich, dies mit einem Schwarzschild-Schwarzen Loch zu vergleichen. Der Schwarzschild-Radius eines solchen Schwarzen Lochs ist $$ R_s = \ frac {2GM} {c ^ 2} \ sim 44 \, \ mathrm {Gpc}. $$ Nun! Größer als das beobachtbare Universum.

Aber die Schwarzschild-Raumzeit hat keine kosmologische Konstante, während unsere positiv ist. Deshalb sollten wir dies stattdessen mit einem Schwarzschild-de-Sitter-Schwarzen Loch vergleichen. Die SdS-Metrik ist mit der Schwarzchild-Metrik durch $$ 1- \ frac {R_s} {r} \ quad \ mapsto \ quad1 - \ frac {R_s} {r} - \ frac {1} {3} \ Lambda r ^ 2 verwandt , $$ und für unsere Werte haben wir $ 9 \ Lambda (GM / c ^ 2) ^ 2 \ sim 520 $. Diese Größe ist wichtig, da der Ereignishorizont des Schwarzen Lochs und der kosmologische Horizont in der $ r $ -Koordinate nahe beieinander liegen, wenn sie nahe an $ 1 $ liegen. Diese Bedingung erzeugt eine maximal mögliche Masse für ein SdS-Schwarzes Loch für eine bestimmte positive kosmologische Konstante. Für unser $ \ Lambda $ ergibt diese extreme Grenze $ M_ \ text {Nariai} \ sim 4 \! \ Times \! 10 ^ {52} \, \ mathrm {kg} $, kleiner als die Masse des beobachtbaren Universums.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Masse des beobachtbaren Universums kein Schwarzes Loch bilden kann.


Nun, wir verstehen die schwarze Materie nicht vollständig, oder? Und erst "gestern" haben wir die "schwarze Energie" entdeckt, nicht wahr?

Wenn GTR mit kosmologischer Konstante richtig ist, müssen wir es nicht "vollständig verstehen", um seinen Gravitationseffekt zu kennen, auf dem die Berechnung basiert. Wenn GTR falsch ist, was natürlich durchaus möglich ist, könnten wir in einem Analogon eines Schwarzen Lochs leben. Aber dann ist es ziemlich unklar, mit welcher Gravitationstheorie wir versuchen sollen, die Frage zu beantworten. Es gibt keine entfernt konkurrierende Theorie, die sich überhaupt der allgemeinen Akzeptanz nähert.

Aus der Perspektive unserer großen Unwissenheit denke ich, dass 14,3 Gpc und 44 Gpc nicht einmal eine Größenordnung voneinander entfernt sind, was ich für gut halte Annäherung.

Bei dieser Berechnung sollte eigentlich gezeigt werden, dass es zumindest prima facie plausibel ist. Die Schwarzschild-Radiusberechnung schließt das Schwarze Loch nicht aus - im Gegenteil. Es ist jedoch auch aus den oben erläuterten Gründen nicht angemessen. Die relevantere hat tatsächlich eine Masse, die mehr als eine Größenordnung voneinander entfernt ist, und zeigt Inkonsistenz. Wenn also GTR mit Λ korrekt ist, ist dies unwahrscheinlich, da die ΛCDM-Fehlerbalken nicht so schlecht sind.

Selbst wenn wir es dennoch als "nah genug" behandeln, bedeutet dies nicht, was Sie tun wollen. Die Frage, welche Art von Schwarzem Loch die gesamte Masse des beobachtbaren Universums machen würde, wenn überhaupt, unterscheidet sich erheblich von der Frage, ob wir in einem leben oder nicht. Die schwarze Hypothese muss noch größer sein.

Der größte Unsicherheitsfaktor ist jedoch die kosmologische Konstante, auch wenn die GTR ansonsten korrekt ist. Wenn wir außerhalb unseres hypothetischen Schwarzen Lochs sehr unterschiedliche Bedingungen haben dürfen, könnten wir immer noch eine haben, aber dann kommen wir bestenfalls in die sehr spekulative Physik und führen im schlimmsten Fall nur Vermutungen durch.

Also behandeln die obige Antwort als abhängig von der Mainstream-Physik; Wenn Sie das nicht wollen, kann es außer "Wir wissen es nicht" keine allgemeine Antwort geben. Und das ist immer eine Möglichkeit, wenn auch keine sehr interessante.

Nun, wir verstehen die schwarze Materie nicht vollständig, oder? Und erst "gestern" haben wir die "schwarze Energie" entdeckt, nicht wahr? Aus der Perspektive unserer großen Unwissenheit denke ich, dass 14,3 Gpc und 44 Gpc nicht einmal eine Größenordnung voneinander entfernt sind, was ich für eine gute Annäherung halte. Gleiches gilt für die Figuren 9,1 × 10 ^ 53 kg und 4 × 10 ^ 52 kg. Es ist nicht UNMÖGLICH, dass wir tatsächlich in einem Schwarzen Loch leben, das in einem anderen größeren Universum schwimmt ... Klingt für mich nach einer wunderschönen Mythologie.
#2
+6
Gerald
2014-01-16 04:57:38 UTC
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Der Schwarzschild-Radius eines Schwarzen Lochs ist wahrscheinlich der nächste, den wir Ihrer Frage geben können.

$$ r_s = (2G / c ^ 2) \ cdot m \ mbox {, mit} \ 2G / c ^ 2 = 2,95 \ \ mbox {km} / \ mbox {Sonnenmasse}. $$ Dies bedeutet, dass der Schwarzschild-Radius für eine bestimmte Masse proportional zu dieser Masse ist. Der Radius sollte nicht ' Im physischen Sinne nicht zu wörtlich genommen werden, da der Raum in der Nähe eines Schwarzen Lochs höchst nicht euklidisch ist.

Gegenwärtiger (Lichtweg-) Radius des sichtbaren Universums von der Erde aus gesehen: $$ 13,81 \ cdot 10 ^ 9 \ \ mbox {lightyears} = 13,81 \ cdot 10 ^ 9 * 9,4607 * 10 ^ {12} \ \ mbox {km} = 1,3065 \ cdot 10 ^ {23} \ \ mbox {km}. $$ Wir brauchen also $ 1,3065 \ cdot 10 ^ {23} \ \ mbox {km} / 2,95 \ \ mbox {km} = 4,429 \ cdot 10 ^ {22} $$ Sonnenmassen, um ein Schwarzes Loch des Lichtweges Schwarzschild zu erhalten Radius des sichtbaren Universums, ziemlich nahe (in der Größenordnung) an der Anzahl der für das sichtbare Universum geschätzten Sterne.

Die Wikipedia-Autoren erhalten ein ähnliches Ergebnis: "Die Masse des beobachtbaren Universums hat a Schwarzschild Radius von ungefähr 10 Milliarden Lichtjahren ".

BEEINDRUCKEND! Vielen Dank! Das ist wirklich unglaublich! Es sieht so aus, als ob wir in einem schwarzen Loch leben, vielleicht ...
Ich war selbst ein wenig überrascht. Zuerst dachte ich, ein Schwarzes Loch sollte viel kleiner sein, ist es aber nicht. Es kann jedoch Lösungen der Feldgleichung der allgemeinen Relativitätstheorie geben, die zu einem vergleichbaren "Radius" neben dem eines Schwarzen Lochs führen.
@Gerald Die durchschnittliche Dichte eines Schwarzen Lochs mit dem Durchmesser des Universums würde also ungefähr der Dichte unseres Universums entsprechen, fast Vakuum?
Ja. Wenn wir daran denken, dass das Schwarze Loch durch einen Raum ersetzt wird, der mit der gleichen Masse mit euklidischer Metrik gefüllt ist, um eine vernünftige Definition der Dichte zu erhalten.
Das ist nicht so überraschend, wie es im ersten Moment nach einigem Nachdenken aussieht: Eine Momentaufnahme des Universums würde das Licht ungefähr um einen Kreis mit dem Durchmesser des beobachtbaren Universums bewegen, ähnlich wie ein Schwarzes Loch mit Schwarzschild "Durchmesser" 2 / 3 des Durchmessers des Kreises.
Ja, unabhängig von den Durchmessern. Vielleicht werden in jedem neuen Schwarzen Loch einige Zufallsvariablen gemischt, und in einem Fraktal der Schönheit entstehen neue Regeln. Als wären Schwarze Löcher Universen und Universen Schwarze Löcher ...
In der ersten Antwort (oben) gibt es einen FEHLER: 1 Lichtjahr ist 9,46 x 10 ^ 15 Meter, nicht 9,46 x 10 ^ 12 ... dieser Fehler spießt die resultierende Massenberechnung auf und stellt die Schlussfolgerung in Frage ...
9,46 x 10 ^ 15 Meter sind 9,46 x 10 ^ 12 Kilometer. Trotzdem danke fürs überprüfen!


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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