Fraser "Meminta Spaceman" Dr. Paul Matt Sutter - mengapa kita menyebut Big Bang sebagai satu keunikan, sedangkan kita juga menyebut singularitas lubang hitam?
Alam Semesta dipenuhi dengan kebetulan. Atau bentuk Pac Man Nebula atau Wizard Nebula. Atau seperti plot Force Awakens dan setiap filem Star Wars yang lain, kebetulan ada di mana-mana.
Tetapi inilah kebetulan yang sangat pelik, dan ia berkaitan dengan sifat Alam Semesta itu sendiri. Ikuti bersama saya di sini.
Mari kita pertimbangkan lubang hitam, topik yang telah kita bahas berkali-kali di saluran ini. Sekiranya anda cukup menonton video kami, anda tahu lubang hitam adalah kawasan ruang di mana jirim dan tenaga telah dihaluskan dengan begitu padat sehingga halaju pelarian graviti melebihi kelajuan cahaya.
Kami tidak tahu seberapa besar lubang hitam, tetapi ada kemungkinan lubang tersebut telah merobohkan wilayah yang sangat padat, yang dikenal sebagai satu kesamaan.
Singularity, singularity… di mana kita pernah mendengar perkataan itu sebelum ini? Selain dari Ray Kurzweil dan anak buahnya yang terdiri dari golongan tunggal teknologi.
Kata itu muncul ketika kita membincangkan pembentukan Alam Semesta; the Big Bang. Pada awalnya, 13.8 bilion tahun yang lalu, segala sesuatu di seluruh Alam Semesta telah dihancurkan menjadi wilayah dengan kepadatan yang tidak terhingga. Dan kemudian, dalam masa beberapa saat, semuanya berkembang ke luar.
Ahli astronomi memanggil wilayah ketumpatan tak terhingga ini sebagai satu kesamaan Big Bang.
Ini bukan kebetulan, bukan? Ini perkataan yang sama. Itu KATA YANG SAMA!
Adakah singulariti Big Bang hanyalah singulariti lubang hitam yang sangat besar? Lubang hitam dengan semua jisim Alam Semesta di dalamnya?
Saya akan mengakui, soalan ini sedikit melebihi nilai saya. Untuk menerangkan sains sepenuhnya, saya fikir saya akan menggunakan nada dering. Dr. Paul Matt Sutter adalah ahli astrofizik dengan Ohio State University dan Balai Cerap Astronomi Trieste.
Paul pakar dalam rongga kosmik, dia juga tahu banyak mengenai Big Bang dan lubang hitam. Saya telah menghubungi Paul di set podcast Ask a Spaceman, dan melemparkan zinger ini tepat ke arahnya.
Hai Paul, apa perbezaan antara singulariti yang membentuk Big Bang dan singulariti lubang hitam?
1. Adakah seluruh Alam Semesta bermula dari lubang hitam yang sangat besar?
Paul: Terima kasih, Fraser. Oleh itu, semasa kita melihat keunikan, penting untuk diingat apa itu singulariti. Keunikan adalah tempat ketumpatan yang tidak terhingga, dan itu sebenarnya bukan perkara biasa. Ini hanya bermaksud bahawa matematik yang kita gunakan untuk menerangkan perkara itu telah rosak. Seperti kita mendapat banyak jawapan dalam jawapan kita ketika kita berusaha mengira apa yang sedang berlaku. Sejauh yang kita tahu, perkara seperti ini, kerosakan dalam matematik, berlaku di dua tempat. Salah satunya adalah di tengah lubang hitam, di mana barang-barangnya dikompres sehingga kita tidak dapat mengikuti matematik lagi, dan waktu yang lain adalah di alam semesta yang sangat awal, ketika seluruh alam semesta dihancurkan menjadi volume kecil pada ketumpatan tinggi sehingga kita tidak dapat mengikuti matematik lagi. Jadi itu satu-satunya kesamaan yang mereka ada - bahawa ada satu keunikan, yang bermaksud bahawa kita tidak dapat melakukan matematik lagi.
Paul: Jadi walaupun mereka sama, mereka sangat berbeza. Keunikan lubang hitam adalah titik dalam ruang masa - seperti anda tinggal di alam semesta dan anda boleh menunjukkan - ada satu kesamaan seperti di sana, atau di sana atau di sana. Ini adalah sekeping alam semesta yang tertanam di alam semesta yang lebih besar, sedangkan singularitas Big Bang adalah keseluruhan alam semesta. Perkara yang berbeza di mana seluruh alam semesta dipadatkan pada ketumpatan yang sangat tinggi sehingga matematik kita tidak dapat mengawasinya lagi.
2. Mengapa alam semesta awal tidak runtuh kembali ke lubang hitam?
Paul: Oh, itu soalan yang sangat baik, Fraser. Anda memikirkan ketumpatan yang sangat tinggi ini di alam semesta awal, dan wajar untuk bertanya-tanya mengapa ia tidak hanya bersikap seperti lubang hitam berkelakuan dan merosot ke titik yang sangat padat - mengapa perlu bersusah payah berkembang? Dan penting untuk diingat di sini betapa berbezanya lubang hitam dari alam semesta awal. Dalam kedua kes tersebut, kami menggunakan relativiti umum - ini adalah undang-undang graviti - mereka mengatur undang-undang sistem ini. Tetapi kami menggunakan set persamaan yang sama dalam senario yang berbeza. Kami menggunakannya untuk menerangkan pelbagai perkara. Lubang hitam adalah penyelesaian khusus untuk persamaan relativiti umum Einstein, dan penyelesaian itu timbul daripada mengajukan soalan "Sekiranya saya mengambil banyak barang di sana dan memadatkannya ke kepadatan yang sangat tinggi, apa yang berlaku?" Jawapannya ialah anda mendapat keunikan yang dikelilingi oleh cakerawala peristiwa. Itulah satu set penyelesaian khusus untuk matematik senario itu.
Paul: Tetapi di alam semesta awal, kita mempunyai penyelesaian yang berbeza - kita mempunyai perkara yang berbeza yang sedang berlaku. Ini adalah alam semesta yang berbeza. Penyelesaian lubang hitam itu statik - ia tetap, tidak berubah dengan masa. Itu adalah andaian dalam matematik. Tetapi di alam semesta awal, keadaan berubah. Ini adalah sekumpulan soalan yang kami cuba jawab ketika kami menerapkan relativiti umum pada alam semesta awal adalah "Jika saya mengisi seluruh alam semesta secara merata dengan banyak hal, apa yang dilakukan oleh seluruh alam semesta?" Itu adalah soalan yang berbeza daripada soalan yang kami ajukan mengenai lubang hitam, dan oleh itu kami mendapat jawapan yang berbeza. Oleh itu, walaupun kita mempunyai ketumpatan yang sangat tinggi, penyelesaian matematik yang menerangkannya, kerana kita menggambarkan evolusi masa alam semesta, kita mendapat jawapan yang berbeza daripada yang kita dapat untuk bit lubang hitam. Dan ketika datang ke alam semesta awal - apabila anda mengisinya secara merata dengan sekumpulan barang dan bertanya apa yang terjadi pada alam semesta, hanya ada dua jawapan. Sama ada barang di alam semesta menyebabkan barang runtuh dan berkontrak, atau barang di alam semesta menyebabkan alam semesta mengembang. Dan ini bergantung pada apa yang dibuat oleh alam semesta, dan ternyata, cukup mudah, bahawa alam semesta terbuat dari jenis barang yang membuatnya berkembang. Komponen evolusi masa inilah yang penting - yang menentukan perbezaan antara apa yang berlaku di alam semesta awal dan apa yang berlaku di lubang hitam.
3. Mungkinkah lubang hitam terbentuk di Alam Semesta Awal kerana mempunyai ketumpatan tinggi?
Paul: Oh ya, sangat pandai, Fraser. Saya melihat ke mana anda pergi dengan itu. Dengan ketumpatan yang sangat tinggi, anda tertanya-tanya mungkin sebahagian kecil alam semesta dicubit dan dibuat lubang hitam. Mungkin pada mikrodetik awal. Dan mengapa lubang hitam itu tidak dapat berkembang untuk memakan seluruh alam semesta? Dan kunci di sini bukan mengenai ketumpatan, ini adalah mengenai perbezaan ketumpatan. Apa yang memisahkan lubang hitam dari saya adalah bahawa ia jauh lebih padat daripada saya, atau sekurang-kurangnya saya berharap demikian. Itulah yang menjadikannya lubang hitam. Ia jauh lebih padat daripada persekitarannya. Tetapi untuk membuat bentuk lubang hitam itu, anda harus mempunyai sedikit barang tambahan seperti di dalam poket, seperti awan gas tambahan atau bintang, ketumpatan sedikit lebih tinggi daripada biasa. Kemudian graviti dapat berfungsi, dan mula menarik lebih banyak barang, dan lebih banyak barang, dan lebih banyak lagi, membina dan membina sehingga anda mendapat keruntuhan graviti yang membawa ke lubang hitam.
Paul: Tetapi pada awal alam semesta, semuanya seragam. Tidak ada perbezaan dalam graviti. Ya, kepadatannya sangat tinggi, tetapi jika anda dapat dibawa ke sana dan benar-benar bertahan, anda tidak akan merasakan tarikan graviti di mana sahaja kerana setiap arah adalah ketumpatan yang sama. Anda dikelilingi oleh jumlah barang yang sama di setiap arah - tidak ada graviti. Itu semua membatalkan satu sama lain. Oleh itu, tidak ada peluang untuk lubang hitam terbentuk kerana satu titik di alam semesta ini tidak lebih padat daripada yang lain, jadi semua graviti akan terbatal dan anda tidak mendapat apa-apa. Tidak ada lubang hitam - mereka tidak sampai ke tempat kejadian sehingga kemudian evolusi alam semesta, dan pada masa itu, alam semesta begitu besar, lubang hitam tidak dapat mempengaruhi evolusi keseluruhan.
4. Sekarang ini alam semesta mengembang - adakah suatu hari nanti akan runtuh?
Paul: Ya, banyak ahli astrofizik dan ahli kosmologi bimbang tentang ini beberapa dekad yang lalu - kami berfikir bahawa ya, mungkin alam semesta berkembang sekarang, tetapi mungkin ada sedikit perkara di dalamnya - mungkin pengembangan itu akan perlahan, berhenti dan kemudian terbalik, dan kemudian kita akan berakhir dalam senario krisis besar ini, yang berlawanan dengan Big Bang.
Paul: Ternyata, tenaga gelap ada di sini, dan tenaga gelap menjadikan pengembangan alam semesta menjadi lebih cepat, jadi bukan sahaja alam semesta semakin besar dan semakin besar setiap hari, ia semakin cepat dan cepat setiap hari. Dan itu juga menyebalkan.
Kedengarannya cukup terbuka dan ditutup, tetapi ada banyak lagi perjalanan ini. Sekiranya anda mengambil jisim dan tenaga seluruh Alam Semesta dan mengubahnya menjadi lubang hitam, ia akan mempunyai kepadatan yang hampir sama dengan Alam Semesta itu sendiri, dan cakrawala peristiwa yang lebih besar daripada Alam Semesta yang dapat dilihat.
Jadi adakah ini bermaksud bahawa kita sebenarnya tinggal di dalam lubang hitam? Bolehkah kita memberitahu perbezaannya?
Podcast (audio): Muat turun (Tempoh: 5:13 - 4.8MB)
Langgan: Podcast Apple | Android | RSS
Podcast (video): Muat turun (Tempoh: 5:35 - 66.3MB)
Langgan: Podcast Apple | Android | RSS
