La extrapolación de la expansión del Universo hacia atrás en el tiempo utilizando la relatividad general da como resultado una densidad y una temperatura infinitas en un momento finito del pasado.
Si la materia contenida en nuestra galaxia se concentrara en un radio pequeño, ¿no llevaría 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 una pregunta muy común. Se han creado muchos sitios web para tratar de explicar esto . Me gusta este, por ejemplo . Intentaré hacer mi propia explicación de lego.
En primer lugar, para tener un agujero negro, hay que tener un lugar en el que esté. Al no existir el universo, no hay un lugar en el que el agujero negro pueda existir. Es como preguntar qué hay al norte del polo norte. No hay ninguna referencia para una respuesta.
En segundo lugar, la gravedad y las demás fuerzas fundamentales no actuaron como estamos acostumbrados a que lo hagan. Las cuatro fuerzas fundamentales se combinaban en una sola fuerza básica. Por lo tanto, no existía la gravedad para actuar realmente sobre la masa tal y como existía. Y luego está el problema de que no había masa real. Era energía, que creaba la densidad del universo. Sé que es un poco contra-intuitivo a la forma en que estamos acostumbrados a entender estos términos. En realidad, Brian Greene tiene una buena explicación de todo esto en su libro Universo Elegante . Basta con decir que al principio del universo, las fuerzas fundamentales actuaban realmente de forma muy diferente a como las vemos ahora. Como la gravedad se separaba de las otras fuerzas, en realidad tenía un efecto de repulsión en lugar de atracción.
Por último, el big bang no fue realmente una explosión o un estallido como se podría pensar. En realidad se trata de la rápida expansión del propio espacio. En lugar de que las cosas en sí se alejen a gran velocidad unas de otras en un espacio fijo, el movimiento se debe en realidad a que el espacio entre los propios objetos se hace más grande. La visualización de este fenómeno se suele presentar como un globo que se expande y se ve cómo dos puntos en la superficie del globo se alejan el uno del otro sin moverse realmente en la superficie. Por supuesto, es más difícil visualizar esto en tres dimensiones (o en realidad en cuatro). Aunque estamos limitados a la velocidad de la luz para cualquier objeto, la expansión del propio espacio no está limitada por este ( El libro de Brian Greene también tiene información al respecto).
La conclusión es que todo lo que se cree saber debe descartarse al pensar en el big bang. La razón por la que existe la "teoría de las 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 centro del big bang.
Espero que eso ayude.
¡Buena pregunta! Yo mismo me lo he planteado a menudo. Como este sitio web explica, el Big Bang no era un agujero negro básicamente porque no podía serlo. Un agujero negro es la solución matemática de las ecuaciones de la relatividad general de Einstein que describe un preexistente región del espacio-tiempo que ha colapsado gravitacionalmente y ha formado una singularidad. Dado que hay fue no había espacio-tiempo antes del Big Bang, no podía ser un agujero negro.
Pero, ¿qué fue ¿el Big Bang? Resulta que si se invierte el signo de t (tiempo) en la solución de los agujeros negros de las ecuaciones de Einstein, lo que resulta es también una solución matemática perfectamente válida. Describe un agujero negro en tiempo invertido, o lo que es lo mismo, ¡el Big Bang! Una singularidad explota hacia fuera en una bonita región plana del espacio-tiempo. Esta solución también se conoce como agujero blanco solución .
Durante la etapa inicial del Big Bang, conocida como etapa de inflación (de ahí el nombre de "Teoría de la Inflación"), las leyes de la física eran diferentes a las actuales. Las foces del electromagnetismo, las fuerzas nucleares fuerte y débil y la gravitación estaban unificadas en una sola fuerza.
En los primeros 10 -35 segundos las fuerzas se separaron y el universo, tan pequeño como era en esta etapa, se llenó de lo que se conoce como la 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 unos 10 -32 segundos. Esto hizo que el universo se expandiera a un ritmo asombroso.
En el momento en que la gravitación se convierte en una fuerza de atracción, el universo se ha expandido más allá de la densidad crítica necesaria para colapsar sobre sí mismo y formar una singularidad.
produce una densidad infinita y temperatura a un tiempo finito en el pasado.
No del todo, la extrapolación se detiene en algún momento alrededor de la longitud de Planck, nadie dice lo que pasó antes de eso
¿no llevaría eso a que todo el universo fuera un agujero negro?
No, incluso si el universo era originalmente una singularidad después de la inflación no era y no es
Con bastante retraso, permítanme mencionar mi respuesta a ¿El Big Bang ocurrió en un punto? . 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.
Como la geometría de las dos soluciones es completamente diferente, no hay razón para esperar que evolucionen de la misma manera, y de hecho no lo hacen.
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