Cosmologia găurilor negre sau cosmologia Schwarzschild este un în care universul observabil reprezintă interiorul unei găuri negre.

În timpul colapsului gravitațional al majorității stelelor foarte masive și al centrelor galaxiilor se formează o gaură neagră. Materia dintr-o gaură neagră continuă să se contracte. S-a speculat că, la densități extrem de mari, mult mai mari decât densitatea materiei nucleare, torsiunea sau un alt mecanism care limitează curbura ar putea împiedica materia să se comprime indefinit până la o singularitate. În schimb, materia aflată în colaps ajunge într-o stare cu densitate extrem de mare, dar finită, încetează să se mai contracte, trece printr-un recul și începe să se extindă rapid.

Potrivit unor asemenea scenarii, universul nostru observabil s-a născut într-o gaură neagră existentă într-un univers mai mare, unde această gaură neagră poate, la un moment dat, să apară ca o gaură albă. În locul unui Big Bang pornind dintr-o singularitate, există în schimb un Big Bounce nesingular, în care Universul avea un minim, dar diferit de zero. În unele astfel de modele, toate universurile create de găurile negre formează un multivers.

Istoric și diverse modele Acest model a fost propus inițial în 1972 de , care a comparat metrica Schwarzschild cu închisă la valoarea maximă a factorului de scară. Studii ulterioare au analizat un univers aflat într-o gaură neagră prin potrivirea metricii Schwarzschild din exteriorul găurii negre fie cu un spațiu de Sitter din interiorul găurii negre, presupunând existența unei curburi limită, fie cu un spațiu Friedmann. Scenariile în care universul se formează în interiorul unei găuri negre ar putea rezolva în mod natural și în cosmologie.

Ipoteza curburii limită Ipoteza curburii limită, propusă de , și în 1989, presupune existența unei limite superioare pentru invarianții de curbură, care împiedică apariția singularităților gravitaționale. Ea a fost folosită pentru a impune potrivirea dintre metrica Schwarzschild din exteriorul unei găuri negre și o metrică de Sitter din interiorul găurii negre.

Universuri mici în găuri negre Sidney Coleman a emis în 1988 ipoteza că fluctuațiile cuantice ale spațiu-timpului ar putea crea universuri-bebeluș, care se separă de universul în care există. Ideea că universurile-bebeluș se formează în găuri negre și că ar putea rezolva paradoxul informațional al găurii negre a fost popularizată în 1993 de Stephen Hawking.

Selecția naturală cosmologică a propus în 1992 că toate singularitățile finale ricoșează sau tunelizează către singularități inițiale ale unor noi universuri, moment în care parametrii fără dimensiune ai modelelor standard din fizica particulelor și cosmologie pot suferi mici modificări aleatoare, oferind un mecanism pentru .

Cosmologia undelor de șoc

Propusă de și în 2003. În acest model, Big Bangul este o explozie în interiorul unei găuri negre, care produce volumul de spațiu și materie aflat în expansiune ce include universul observabil. Acest model integrează undele de șoc în relativitatea generală a lui Einstein.

Torsiune nesingulară Big Bounce Nikodem Popławski a propus în 2010 primul mecanism fundamentat fizic prin care fiecare gaură neagră poate evita o singularitate gravitațională în timpul colapsului gravitațional, poate trece printr-un recul gravitațional nesingular și, în consecință, poate crea un nou univers aflat în expansiune în interiorul orizontului său de evenimente. Acest mecanism se bazează pe relativitatea generală cu spin și , cunoscută și sub numele de teoria gravitației Einstein–Cartan–Sciama–Kibble, propusă de Élie Cartan, și . Torsiunea, introdusă de Cartan, este o proprietate geometrică a spațiu-timpului care descrie abaterea unui paralelogram întins de doi vectori de la formarea unei curbe închise și poate fi privită ca o răsucire a spațiu-timpului (în mod analog cu curbura, care descrie îndoirea spațiu-timpului). Existența torsiunii este necesară pentru ca relativitatea generală să fie compatibilă cu conservarea momentului cinetic total (orbital plus de spin) al unei particule libere care satisface ecuația lui Dirac în spațiu-timp curbat. Fermionii sunt sursa torsiunii, generând o interacțiune repulsivă spin–spin, care împiedică formarea singularităților. Producerea cuantică de particule întărește această interacțiune, generând în mod natural o perioadă finită de expansiune exponențială, cunoscută drept inflație cosmică. Un recul nesingular are loc și în cazul găurilor negre nesferice.

are același pentru câmpul gravitațional ca relativitatea generală, dar fără condiția ca să fie simetrică. Fermionii, descriși prin câmpuri de , sunt sursa torsiunii, generând o interacțiune repulsivă spin–spin, care devine puternică la densități extrem de mari, derivând în mod natural o curbură limită și împiedicând formarea singularităților. În consecință, o gaură neagră devine o punte Einstein–Rosen nesingulară (cea mai simplă gaură de vierme) către un nou univers închis, aflat dincolo de orizontul său al evenimentelor.

Dovezi

Atât o gaură neagră, cât și Big Bangul au singularități, potrivit relativității generale și teoremelor , ceea ce sugerează că ele pot fi înrudite. Orice model în care universul observabil este interiorul unei găuri negre impune ca a universului să fie egală cu raza Schwarzschild, care este proporțională cu masa sa. Într-adevăr, observațiile arată că această condiție este aproape satisfăcută, deși acest lucru ar putea fi o coincidență.

Găurile negre și găurile de vierme sunt soluții matematice diferite ale relativității generale. Exterioarele ambelor soluții, pentru aceeași masă, sunt indistincte pentru observatori. Singura modalitate de a testa ideea că găurile negre creează noi universuri este măsurarea universului observabil. Inflația generată de spin și torsiune este compatibilă cu datele radiației cosmice de fond obținute de satelitul Planck.

O analiză din 2025 a unui eșantion de peste 200 de galaxii timpurii observate de James Webb Space Telescope a arătat că aproximativ două treimi se rotesc în sensul acelor de ceasornic, deși s-ar aștepta ca doar jumătate să facă acest lucru. O posibilă explicație pentru această anomalie este că Universul s-ar putea afla în interiorul unei găuri negre în rotație; întrucât toate găurile negre cunoscute se rotesc, această rotație s-ar manifesta ca o axă preferențială în Univers, influențând toate galaxiile. Alternativ, Universul s-ar putea roti lent dintr-un alt motiv sau ar putea exista o problemă în date.

Note

Vezi și Gaură neagră Model de gaură neagră nesingulară

Categorie:Găuri negre Categorie:Cosmologie fizică