Fraser Hồi hỏi một Spaceman, Tiến sĩ Paul Matt Sutter - tại sao chúng ta gọi Big Bang là một điểm kỳ dị, khi chúng ta cũng gọi các lỗ đen là điểm kỳ dị?
Vũ trụ chứa đầy sự trùng hợp. Hoặc hình dạng của Tinh vân Pac Man hoặc Tinh vân Phù thủy. Hay như cốt truyện của Force Awakens và mọi bộ phim Star Wars khác, sự trùng hợp có ở khắp mọi nơi.
Nhưng ở đây, một sự trùng hợp khá kỳ lạ, và nó liên quan đến bản chất của Vũ trụ. Thực hiện theo cùng với tôi ở đây.
Hãy xem xét các lỗ đen, một chủ đề mà chúng tôi đã đề cập nhiều lần trên kênh này. Nếu bạn đã xem đủ các video của chúng tôi, bạn sẽ biết một lỗ đen là một vùng không gian nơi vật chất và năng lượng bị nghiền nát đến mức tốc độ thoát lực hấp dẫn vượt quá tốc độ ánh sáng.
Chúng tôi không biết các lỗ đen lớn như thế nào, nhưng có thể là họ đã nghiền nát thành một khu vực dày đặc vô tận, được gọi là điểm kỳ dị.
Điểm kỳ dị, số ít nơi chúng ta đã nghe từ đó trước đây? Ngoài Ray Kurzweil và phi hành đoàn của những người độc thân công nghệ.
Từ đó xuất hiện khi chúng ta thảo luận về sự hình thành của Vũ trụ; các vụ nổ lớn. Trở lại từ đầu, 13,8 tỷ năm trước, mọi thứ trong toàn bộ Vũ trụ đã bị nghiền nát thành một khu vực có mật độ vô hạn. Và sau đó, trong một phần của giây, mọi thứ mở rộng ra bên ngoài.
Các nhà thiên văn học gọi khu vực có mật độ vô hạn này là điểm kỳ dị của Big Bang.
Điều này có thể chỉ là một sự trùng hợp ngẫu nhiên, phải không? Nó cùng một từ. Nó CÙNG CÁC CÔNG VIỆC!
Có phải điểm kỳ dị của Big Bang chỉ là một điểm kỳ dị lỗ đen thực sự lớn? Một lỗ đen với tất cả khối lượng của Vũ trụ bên trong nó?
Tôi sẽ thừa nhận, câu hỏi này hơi vượt quá khả năng hoàn trả của tôi. Để giải thích đầy đủ về khoa học, tôi nghĩ rằng tôi đã mang một người rung chuông. Tiến sĩ Paul Matt Sutter là một nhà vật lý thiên văn tại Đại học bang Ohio và Đài quan sát thiên văn của thành phố Trieste.
Paul chuyên về các khoảng trống vũ trụ, anh ta cũng biết nhiều về cả Big Bang và hố đen. Tôi đã chạm tới Paul trên bộ podcast Ask a Spaceman của anh ấy và ném cái zinger này ngay vào anh ấy.
Này Paul, có gì khác biệt giữa điểm kỳ dị hình thành nên Vụ nổ lớn và điểm kỳ dị của hố đen?
1. Có phải toàn bộ Vũ trụ bắt đầu từ một lỗ đen thực sự lớn?
Paul: Cảm ơn, Fraser. Vì vậy, khi chúng tôi nhìn vào điểm kỳ dị, điều quan trọng là phải ghi nhớ điểm kỳ dị là gì. Điểm kỳ dị là một nơi có mật độ vô hạn, và đó không thực sự là một điều. Nó chỉ có nghĩa là toán học mà chúng tôi sử dụng để mô tả sự việc đã bị phá vỡ. Giống như chúng ta nhận được vô số câu trả lời khi chúng ta cố gắng tính toán những gì diễn ra. Theo như chúng tôi biết, những điều này, những sự cố trong toán học, xảy ra ở hai nơi. Một là ở trung tâm của một lỗ đen, nơi các thứ bị nén xuống rất nhiều đến nỗi chúng ta không thể theo toán học nữa, và lần khác là trong vũ trụ rất sớm, khi toàn bộ vũ trụ bị nghiền nát thành một khối nhỏ như vậy với mật độ cao đến mức chúng ta không thể theo toán nữa. Vì vậy, đó là điều duy nhất mà họ có điểm chung - đó là một điểm kỳ dị, điều đó có nghĩa là chúng ta có thể làm toán nữa.
Paul: Và mặc dù họ giống nhau, nhưng họ rất, rất khác nhau. Điểm kỳ dị của lỗ đen là một điểm trong không thời gian - giống như bạn sống trong vũ trụ và bạn có thể chỉ ra - có một điểm kỳ dị giống như ở ngay đó, hoặc ở đằng kia hoặc ở đằng kia. Nó có một phần của vũ trụ mà kèm theo trong vũ trụ lớn hơn, trong khi điểm kỳ dị của Big Bang là toàn bộ vũ trụ. Nó khác một điều khác, trong đó toàn bộ vũ trụ được nén lại với mật độ cực kỳ cao đến mức toán học của chúng ta có thể theo dõi nó nữa.
2. Tại sao không vũ trụ ban đầu chỉ sụp đổ trở lại vào một lỗ đen?
Paul: Ồ, đó là một câu hỏi rất hay, Fraser. Bạn có thể nghĩ về những mật độ cực kỳ cao trong vũ trụ sơ khai, và nó tự nhiên tự hỏi tại sao nó không hành xử giống như một lỗ đen hành xử và lao xuống một điểm cực kỳ dày đặc - tại sao thậm chí còn bận tâm mở rộng? Và điều quan trọng cần nhớ ở đây là các hố đen khác nhau như thế nào so với vũ trụ sơ khai. Trong cả hai trường hợp, chúng tôi sử dụng thuyết tương đối rộng - đây là những định luật hấp dẫn - chúng chi phối luật của các hệ thống này. Nhưng chúng tôi đã sử dụng cùng một bộ phương trình trong các tình huống khác nhau. Chúng tôi sử dụng chúng để mô tả những thứ khác nhau. Lỗ đen là một giải pháp đặc biệt cho các phương trình tương đối rộng của Einstein, và giải pháp đó xuất phát từ việc đặt câu hỏi. Nếu tôi lấy một đống đồ ở đó và nén nó xuống với mật độ cực cao, điều gì xảy ra? Câu trả lời là bạn có một điểm kỳ dị được bao quanh bởi một chân trời sự kiện. Đó là một bộ giải pháp cụ thể cho toán học của kịch bản đó.
Paul: Nhưng trong vũ trụ sơ khai, chúng ta có một giải pháp khác - chúng ta có một điều khác đang diễn ra. Nó là một vũ trụ khác. Giải pháp lỗ đen là tĩnh - nó cố định, nó không thay đổi theo thời gian. Đó là một giả định trong toán học. Nhưng trong vũ trụ sơ khai, mọi thứ đang thay đổi. Nó có một loạt các câu hỏi khác nhau mà chúng tôi đang cố gắng trả lời khi chúng tôi áp dụng thuyết tương đối rộng cho vũ trụ sơ khai là Nếu tôi lấp đầy toàn bộ vũ trụ bằng cả đống thứ, toàn bộ vũ trụ sẽ làm gì? Đó là một câu hỏi khác với câu hỏi mà chúng tôi hỏi về các lỗ đen, và vì vậy chúng tôi nhận được một câu trả lời khác nhau. Vì vậy, mặc dù chúng ta có mật độ cực kỳ cao, giải pháp toán học mô tả nó, bởi vì chúng ta mô tả sự tiến hóa thời gian của vũ trụ, chúng ta nhận được những câu trả lời khác nhau so với những gì chúng ta nhận được đối với các bit lỗ đen. Và khi nói đến vũ trụ sơ khai - khi bạn lấp đầy nó bằng một đống thứ và hỏi cái quái gì xảy ra với vũ trụ, thì chỉ có hai câu trả lời. Hoặc là những thứ trong vũ trụ làm cho các công cụ sụp đổ và co lại, hoặc những thứ trong vũ trụ làm cho vũ trụ mở rộng. Và nó phụ thuộc vào những gì vũ trụ được tạo ra, và hóa ra, đủ chắc chắn, vũ trụ được tạo ra từ những thứ làm cho nó giãn nở. Nó có thành phần tiến hóa theo thời gian ở đây, đó là điều quan trọng - điều đó tạo ra sự khác biệt giữa những gì mà xảy ra trong vũ trụ thời kỳ đầu và những gì mà xảy ra trong một hố đen.
3. Lỗ đen có thể hình thành trong Vũ trụ sơ khai vì nó có mật độ cao như vậy không?
Paul: Ồ vâng, rất thông minh, Fraser. Tôi thấy bạn đã đi đâu với điều đó. Với mật độ cực kỳ cao, bạn có thể tự hỏi có lẽ một phần nhỏ của vũ trụ bị chèn ép và tạo ra một lỗ đen. Có thể trong những micro giây đầu tiên. Và tại sao không thể mà lỗ đen đã mở rộng để tiêu thụ phần còn lại của vũ trụ? Và mấu chốt ở đây là về mật độ, nó khác về mật độ. Điều ngăn cách một lỗ đen với tôi là nó dày đặc hơn tôi, hoặc ít nhất là tôi hy vọng thế. Đó là những gì làm cho nó một lỗ đen. Nó dày đặc hơn nhiều so với môi trường xung quanh. Nhưng để tạo ra lỗ đen đó, bạn phải có thêm một chút vật dụng như trong túi, như một đám mây khí bổ sung hoặc một ngôi sao, mật độ cao hơn một chút so với bình thường. Sau đó, trọng lực có thể hoạt động, và bắt đầu kéo theo nhiều thứ hơn, và nhiều thứ khác, và nhiều hơn nữa, xây dựng và xây dựng cho đến khi bạn có được sự sụp đổ lực hấp dẫn dẫn đến một lỗ đen.
Paul: Nhưng trong vũ trụ sơ khai, mọi thứ đều thống nhất. Không có sự khác biệt về trọng lực. Vâng, nó có mật độ cực kỳ cao, nhưng nếu bạn có thể được vận chuyển trở lại đó và thực sự sống sót, bạn sẽ không cảm thấy bất kỳ lực hấp dẫn nào ở bất cứ đâu vì mọi hướng đều có cùng mật độ. Bạn được bao quanh bởi cùng một lượng công cụ theo mọi hướng - ở đó không có lực hấp dẫn. Tất cả hủy bỏ nhau. Vì vậy, không có cơ hội cho một lỗ đen hình thành bởi vì bất kỳ một điểm nào trong vũ trụ không dày đặc hơn bất kỳ điểm nào khác, vì vậy tất cả lực hấp dẫn đều bị hủy bỏ và bạn chẳng nhận được gì. Không có lỗ đen - họ không thể đến hiện trường cho đến khi sự phát triển của vũ trụ diễn ra rất lâu, và vào thời điểm đó, vũ trụ quá lớn, các lỗ đen có thể ảnh hưởng đến sự tiến hóa chung.
4. Ngay bây giờ vũ trụ đang mở rộng - một ngày nào đó nó sẽ sụp đổ?
Paul: Vâng, rất nhiều nhà vật lý thiên văn và nhà vũ trụ học lo lắng về điều này từ nhiều thập kỷ trước - chúng tôi nghĩ rằng vâng, có lẽ vũ trụ đang giãn nở, nhưng có lẽ có quá nhiều thứ trong đó - có thể sự giãn nở đó sẽ chậm lại, dừng lại và sau đó ngược lại, và rồi chúng ta sẽ kết thúc trong kịch bản khủng hoảng lớn này, ngược lại với Vụ nổ lớn.
Paul: Nhưng hóa ra, năng lượng tối ở đây và năng lượng tối làm cho sự giãn nở của vũ trụ tăng tốc, do đó, không chỉ vũ trụ ngày càng lớn hơn mỗi ngày, nó còn ngày càng nhanh hơn mỗi ngày. Và đó, tốt, đó là một hút.
Nghe có vẻ khá cởi mở và im lặng, nhưng có nhiều điều nữa trong hành trình này. Nếu bạn lấy khối lượng và năng lượng của toàn bộ Vũ trụ và biến nó thành một lỗ đen, nó sẽ có mật độ gần như chính xác với Vũ trụ và một chân trời sự kiện lớn hơn Vũ trụ quan sát được.
Vì vậy, điều đó có nghĩa là trên thực tế, chúng ta đang sống trong một lỗ đen? Chúng ta có thể cho biết sự khác biệt?
Podcast (âm thanh): Tải xuống (Thời lượng: 5:13 - 4,8 MB)
Theo dõi: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Tải xuống (Thời lượng: 5:35 - 66.3MB)
Theo dõi: Apple Podcasts | Android | RSS
