Question:
Relation entre la masse et le rayon du trou noir et celui de notre univers
Rodrigo
2014-01-16 04:15:07 UTC
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Existe-t-il un graphique des trous noirs connus, avec leur masse estimée sur l'axe X et leur rayon estimé sur l'axe Y? Si oui, où pouvons-nous le trouver? Je voudrais savoir si un ensemble noir avec toute la masse estimée de notre univers aurait le rayon estimé de notre univers (ce qui signifie que notre univers pourrait être un trou noir, c'est pourquoi la lumière ne peut pas y échapper et elle semble "finie" ).

Aujourd'hui j'ai trouvé un article proposant cette hypothèse en 1972: 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
Comme votre idée de base est que l'univers est à l'intérieur d'un trou noir, je pense que [cette question et réponse] (https://astronomy.stackexchange.com/questions/10921/is-our-universe-included-inside-a-black -hole? rq = 1) explique pourquoi nous ne sommes pas dans un trou noir. Il y a aussi un lien vers une question sur Physics SE qui entre également dans ce domaine.
@StephenG Comment ma question peut-elle être dupliquée, si elle a été posée auparavant? Je vais regarder les liens que vous avez fournis, merci.
@StephenG J'ai dit que peut-être que notre Univers EST un trou noir, pas "est à l'intérieur d'un", je ne pense pas que ce soit la même chose. Et les résultats sont tous du même ordre de grandeur. En supposant que tous ces chiffres sont au mieux de bonnes approches, et que notre Univers en tant que trou noir n'a pas besoin de suivre les mêmes règles que les trous noirs à l'intérieur de notre Univers suivent, et considérant également que l'énergie sombre a été découverte «hier seulement», je ne le fais pas. Je pense que cette hypothèse doit encore être écartée.
Une autre source: https://www.nationalgeographic.com/news/2010/4/100409-black-holes-alternate-universe-multiverse-einstein-wormholes/ ou droit à l'article original: https: //www.sciencedirect. com / science / article / abs / pii / S0370269310003370
Un autre: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2016/02/064
Un de plus: https://sci-hub.tw/https://doi.org/10.1038/232440a0
Deux réponses:
#1
+7
Stan Liou
2014-01-16 06:52:42 UTC
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Selon le modèle cosmologique standard ΛCDM, l'univers observable a une densité d'environ $ \ rho = 2,5 \! \ times \! 10 ^ {- 27} \; \ mathrm {kg / m ^ 3} $, avec une consante cosmologique d'environ $ \ Lambda = 1,3 \! \ times \! 10 ^ {- 52} \; \ mathrm {m ^ {- 2}} $, est très proche du plan spatial, et a un rayon propre courant d'environ $ r = 14,3 \, \ mathrm {Gpc} $.

De là, nous pouvons conclure que la masse totale de l'univers observable est d'environ $$ M = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3 \ rho \ sim 9.1 \! \ Times \! 10 ^ {53} \, \ mathrm {kg} \ text {.} $$ Sine l'univers dans son ensemble est non rotatif et non chargé , il est naturel de comparer cela à un trou noir de Schwarzschild. Le rayon de Schwarzschild d'un tel trou noir est $$ R_s = \ frac {2GM} {c ^ 2} \ sim 44 \, \ mathrm {Gpc}. $$ Eh bien! Plus grand que l'univers observable.

Mais l'espace-temps de Schwarzschild n'a aucune constante cosmologique, alors que la nôtre est positive, nous devrions donc plutôt comparer cela à un trou noir de Schwarzschild-de Sitter. La métrique SdS est liée à celle de Schwarzchild par $$ 1- \ frac {R_s} {r} \ quad \ mapsto \ quad1 - \ frac {R_s} {r} - \ frac {1} {3} \ Lambda r ^ 2 , $$ et pour nos valeurs nous avons $ 9 \ Lambda (GM / c ^ 2) ^ 2 \ sim 520 $. Cette quantité est importante car l'horizon des événements du trou noir et l'horizon cosmologique se rapprochent en coordonnée $ r $ quand il est proche de 1 $, une condition qui crée une masse maximale possible pour un trou noir SdS pour une constante cosmologique positive donnée. Pour notre $ \ Lambda $, cette limite extrême donne $ M_ \ text {Nariai} \ sim 4 \! \ Times \! 10 ^ {52} \, \ mathrm {kg} $, plus petit que la masse de l'univers observable.

En conclusion, la masse de l'univers observable ne peut pas faire de trou noir.


Eh bien, nous ne comprenons pas complètement la matière noire, n'est-ce pas? Et c'est juste "hier" que nous avons découvert "l'énergie noire", n'est-ce pas?

Si le GTR avec une constante cosmologique est correct, nous n'avons pas besoin de le «comprendre pleinement» pour connaître son effet gravitationnel, sur lequel le calcul est basé. Si GTR est faux, ce qui est bien sûr tout à fait possible, alors nous pourrions vivre dans un analogue d'un trou noir. Mais alors, on ne sait pas très bien quelle théorie de la gravité vous souhaitez que nous utilisions pour essayer de répondre à la question. Il n'y a pas de théorie de la concurrence à distance qui s'approche même de l'acceptation générale.

Du point de vue de notre énorme ignorance, je pense que 14.3Gpc et 44Gpc ne sont même pas d'un ordre de grandeur à part, ce que je considère comme un bon approximation.

En fait, le but de ce calcul était de montrer qu'il était au moins prima facie plausible. Le calcul du rayon de Schwarzschild n'exclut pas le trou noir - bien au contraire. Cependant, ce n'est pas non plus approprié pour les raisons que j'ai expliquées ci-dessus. Le plus pertinent a en fait une masse à plus d'un ordre de grandeur et montre une incohérence. Donc, si GTR avec Λ est correct, c'est peu probable car les barres d'erreur ΛCDM ne sont pas si mauvaises.

Cependant, même si nous le traitons toujours comme "assez proche", cela n'implique pas en soi ce que vous vouloir. La question de savoir quel genre de trou noir ferait toute la masse de l'univers observable, le cas échéant, est très différente de celle de savoir si nous vivons ou non dans un seul. L'hypothèse noire doit être encore plus grande.

Le plus gros point d'incertitude, cependant, est la constante cosmologique, même si GTR est par ailleurs correct. Si nous sommes autorisés à avoir des conditions très différentes en dehors de notre trou noir hypothétique, alors nous pourrions toujours en avoir un, mais alors nous entrons dans la physique très spéculative au mieux, et au pire, faites des suppositions.

Alors, traitez la réponse ci-dessus comme conditionnelle à la physique courante; si ce n'est pas ce que vous voulez, alors il ne peut y avoir de réponse générale que "nous ne savons pas". Et c'est toujours une possibilité, mais pas très intéressante.

Eh bien, nous ne comprenons pas complètement la matière noire, n'est-ce pas? Et c'est juste "hier" que nous avons découvert "l'énergie noire", n'est-ce pas? Du point de vue de notre énorme ignorance, je pense que 14.3Gpc et 44Gpc ne sont même pas séparés d'un ordre de grandeur, ce que je considère comme une bonne approximation. Il en va de même pour les chiffres 9,1 × 10 ^ 53kg et 4 × 10 ^ 52kg. Ce n'est pas IMPOSSIBLE que nous vivions réellement dans un trou noir flottant dans un autre univers plus grand ... Cela me semble être une belle mythologie.
#2
+6
Gerald
2014-01-16 04:57:38 UTC
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Le rayon de Schwarzschild d'un trou noir est probablement le plus proche de votre question.

$$ r_s = (2G / c ^ 2) \ cdot m \ mbox {, avec} \ 2G / c ^ 2 = 2,95 \ \ mbox {km} / \ mbox {masse solaire}. $$ Cela signifie que le rayon de Schwarzschild pour une masse donnée est proportionnel à cette masse. Le rayon ne devrait pas t être pris trop littéralement au sens physique, car l'espace est hautement non-euclidien près d'un trou noir.

Rayon actuel (voyage de la lumière) de l'univers visible, vu de la terre: $$ 13.81 \ cdot 10 ^ 9 \ \ mbox {lightyears} = 13.81 \ cdot 10 ^ 9 * 9.4607 * 10 ^ {12} \ \ mbox {km} = 1.3065 \ cdot 10 ^ {23} \ \ mbox {km}. $$ Nous avons donc besoin de $$ 1.3065 \ cdot 10 ^ {23} \ \ mbox {km} / 2.95 \ \ mbox {km} = 4.429 \ cdot 10 ^ {22} $$ masses solaires pour obtenir un trou noir de la Schwarzschild à voyage léger rayon de l'univers visible, assez proche (par ordre de grandeur) du nombre d'étoiles estimé pour l'univers visible.

Les auteurs de Wikipedia obtiennent un résultat similaire: "La masse de l'univers observable a un Schwarzschild rayon d'environ 10 milliards d'années-lumière ".

HOU LA LA! Merci! C'est vraiment incroyable! On dirait que nous vivons dans un trou noir, peut-être ...
J'étais moi-même un peu surpris. J'ai d'abord pensé qu'un trou noir devrait être beaucoup plus petit, mais ce n'est pas le cas. Mais il peut y avoir des solutions de l'équation de champ de la relativité générale conduisant à un «rayon» comparable en plus de celui d'un trou noir.
@Gerald Donc la densité moyenne d'un trou noir avec le diamètre de l'univers, serait à peu près la même que la densité de notre univers, presque vide?
Oui. Si nous pensons que le trou noir est remplacé par un espace rempli de la même masse avec la métrique euclidienne, pour obtenir une définition raisonnable de la densité.
Ce n'est pas aussi surprenant que cela en a l'air au premier instant après avoir un peu réfléchi: un instantané de l'univers ferait voyager la lumière à peu près un cercle avec le diamètre de l'univers observable, à peu près comme un trou noir avec un «diamètre» de Schwarzschild 2 / 3 du diamètre du cercle.
Oui, indépendamment des diamètres concernés. Peut-être qu'à l'intérieur de chaque nouveau trou noir, certaines variables aléatoires sont mélangées et de nouvelles règles apparaissent dans une fractale de beauté. Comme si les trous noirs étaient des univers et les univers des trous noirs ...
Dans la première réponse, (ci-dessus), il y a une ERREUR: 1 année-lumière est 9,46 x 10 ^ 15 mètres, pas 9,46 x 10 ^ 12 ... cette erreur brouille le calcul de masse résultant et remet la conclusion en question ...
9,46 x 10 ^ 15 mètres correspond à 9,46 x 10 ^ 12 kilomètres. Néanmoins merci de vérifier!


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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