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Twitterで⬅️ ブラックホールとビッグバンに関する質問に答えました


ビッグバンの瞬間、ブラックホール化しない何故?
⬆️ Twitterで答えた時は、文字数制限から、複雑な箇所や、構造的には単純だが
文章的に複雑になりがちな要素等で省略した内容を追加して、おぎないつつまとめておきます。

ビッグバンの瞬間、全宇宙の質量が一点に集まっていて、ブラックホールより密度が高かったと思うが、
なぜ宇宙全体がブラックホール化しなかったの?


⬆️ この理由について多角的に攻めてみた。
素粒子とブラックホールのサイズ感
⬆️ 物質や原子を素粒子サイズで見ると、想像以上に明らかな間が有ります。
たまにCERNのLHCで量子ブラックホールを作ろうとしているというニュースで「危険だ!」「地球が飲み込まれるだろ!」等騒がれますが、そもそも自然現象で現在、人工物最大の大型ハドロン衝突型加速器以上の素粒子の衝突が起きていて、オーロラ等でも反応光を見られるが、ある日地球や木星が消えた等の現象は観測された試しが有りませんし、陽子質量がブラックホールになっても陽子質量のままで、その他物質を飲み込む力も陽子と同等で、その前にホーキング放射で蒸発して、消えてしまいます。
しかしアメリカでは裁判沙汰にまでなった問題でもある。ホーキング放射なんてホーキングが言ってるだけじゃないのか?必ず起きる保証は有るのか?
まずこの時空では、量子ゆらぎ(素粒子が表れては対消滅する)という現象が常にランダムで起きている。それがブラックホールの境界面で起きる瞬間が必ず来て、その素粒子とブラックホール内の素粒子とが衝突して対消滅し、片方が外に放出されるというタイミングが、無数のゆらぎの中で必ず有る。
それをブラックホールの外側から見ると、蒸発している様に見えると言うわけだ。



暗黒エネルギーを予言していたアインシュタイン
⬆️ アインシュタインは当初、定常宇宙(膨張その他、無限に変化の無い絶対的宇宙観)を信じていた。
アインシュタイン方程式は:宇宙の広さ=宇宙の歪み+宇宙項=宇宙のエネルギーというかたち。
膨張宇宙は1929年加速膨張は1998年の発見。当初減速膨張が広く信じられていたが、重力の影響のみによって説明する事が無理となった。未知の見えない力、暗黒エネルギー。



無限広、ホログラフィック宇宙論
⬆️ 無限広の宇宙は、WMAPの観測で宇宙に曲率が無く、観測誤差の範囲で丸いか、真っ直ぐかのどちらかだという結果から言われている。
ブラックホールとビッグバンは方向が違うだけで、同じ数式構造だと言われます。 ホワイトホールも全く同じに見えますが、未発見なのは、存在しても外側から見た時、膨張していようとも自身の重力からの"事象の地平面"(重力からの脱出速度が光速を超える境界面)が外側に出来て、ブラックホールと観測上区別がつかない説も有る構造だからかもしれない。
ホログラフィック原理のそもそもは、ブラックホールの情報消失パラドクスの解消の考察の過程で誕生してしまったもので、常識的には奇怪な理論だ。
ホログラフィック原理とは、エントロピーや様々な物理量を有した物質がブラックホールに落ち、ホーキング放射で蒸発する時、外側に蒸発した素粒子は完全に量子ゆらぎ起源のランダムで、質量以外の熱力学的情報が完全に消失して、保存されない様に見えるパラドックスの解消のため、情報は事象の地平面のホログラフィック的2次元に残ると示した理論だ。この原理を単に私達の宇宙に適応すると宇宙境界面のホログラフィック面に宇宙内の物質の分身的情報が有り、どちらが本体かは確定出来ない等の回答が出るが、現在未完成の理論となっている。(この説によると、私達の宇宙はブラックホールの構造と等価だと言う事が出来、一見質問者さんへの一部回答とも取れるが、なぜ超質量がビッグバン膨張出来たのかと言う疑問を無視しているよね)



時空のゆらぎ→インフレーション→ビッグバン
⬆️ これは構造的には単純ですが、常識が邪魔をして分かりにくいかも知れません。
常識的には、「ビッグバンは点から始まった」と言います。しかし現在では、それ以前にインフレーションという時空の指数関数的膨張があって、広さと温度の一段落あった後の再加熱膨張がビッグバンです。(WMAPの観測結果がインフレーション理論の予測とほぼ一致。)



エキピロティック宇宙論
⬆️ 超新星というのは、太陽質量の8倍以上の恒星が寿命で水素燃料を使い果たし、これ以上核融合と重力のバランスを保てなくなった時に起きる爆発です。(つまり30〜50億年後の、水素燃料を使い果たした太陽では起きない。)
その残存物として、中性子星やパルサー、マグネター等が残り、時としてブラックホールともなります。
ではなぜ、超新星爆発に出来て、ビッグバンでは出来ないんだ?と疑問に思うかも知れません。その答えは後のTwitterの投稿で⬇️
しかし私達の宇宙の外側を、ほぼ均等におおい尽くす外圧か、次元を横断した爆発のどれかが必要で、まあ無理でしょうと素案にマジレスも置いておくが、(↑逆に、現在の宇宙をブラックホール化する方法について)
エキピロティック宇宙論とは、超弦理論の発展したM理論から派生した原理で、ビックバンは膜宇宙どうしが衝突した時に起きたとする説だが、それだと宇宙密度にもっとムラが出来るはずで、観測と合わない様にも見えるもの。



ビッグバンと超新星爆発の差異
⬆️ この時点で私は「あれ何でだ?」初期宇宙に現代宇宙論に反する様な大質量ブラックホールがあったと言うが、あれはビックバン直後、スグではないとされるが、実はビックバンの残骸だったのか?それでも全体がブラックホールとはならないが…。そもそもインフレーションは問答無用で起きなきゃいけないモノだったのか?と疑問を廻らせた結果は下で辿り着けました ⬇️

宇宙の終焉説のいろは
⬆️ 宇宙や時間の初まりがあれば、終わりもあるとの説が、観測と熱力学の代2法則(エントロピーの増大)と相対性理論やビッグバンとの関連から理論物理的に出た予測で、他にはビッグチル(原子の寿命で冷温終結)、ビッグリップ(急加速膨張で原子構造崩壊)等もある。

高次元空間から時空の場を創世
⬆️ 超弦理論によると素粒子の質量やふるまいの違いはひも状の素粒子の振動の違いで、私達の宇宙の物理法則や、素粒子の振動具合や強さ等の定数は、余剰次元のかたち(カラビ-ヤウ多様体)の影響で決定され、その型は10^500(ゼロが五百個並んだ数)パターン発見され、多元宇宙の種類の数に対応するという解釈があるが。例えば強い核力や電磁気力が弱過ぎたりすれば、原子がすぐに崩壊して物質を保てない宇宙が出来てしまう。逆に強すぎればすぐにブラックホール化してしまう宇宙も在るかもしれない。この様に私達の宇宙ではなく、インフレーションがさらに弱い多元宇宙等(真空エネルギーの関連からインフレーションがさらに強い宇宙の方が大多数だとの予想も有る)を想定すれば、質問者さんが言う様なブラックホールに潰れる宇宙の存在もあり得ると言う事になる。
これの分かりやすい解説映像があったので紹介しておきます⬇️



参考にぜひご参照を ⬇️

宇宙と物質の創造


質問者さんの疑問は、多元宇宙を考慮に入れれば有り得て、私達の宇宙も外から観測出来れば、ブラックホールと等価かもしれないという感じになったかな。


Twitterでブラックホール周辺の質問に答えた 関連投稿。

重力の引力と斥力の対称性について (ワームホール等)
光子に質量が無いという性質について
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