Astronomia

La massa+energia si conserva quando un nuovo universo si forma all'interno di un buco nero?

La massa+energia si conserva quando un nuovo universo si forma all'interno di un buco nero?

La mia comprensione è che ci sono teorie credibili là fuori in cui la formazione di una singolarità in un buco nero rappresenta anche l'inizio di un nuovo universo attraverso un big bang. Non possiamo vedere il nuovo universo perché non possiamo vedere nulla dall'interno di un buco nero. Inoltre, la dimensione apparente del buco nero per noi non deve essere uguale alla dimensione del nuovo universo dal punto di vista di qualcuno all'interno di quell'universo. La mia domanda è: si conserva massa+energia? Cioè, la quantità totale di materiale all'interno del nuovo universo è limitata a quanta roba è caduta nel buco nero, o quanta roba ha raggiunto la singolarità? Se è così, allora sembrerebbe che questi universi di buchi neri siano solo una piccola frazione delle dimensioni del nostro universo.


si conserva massa+energia?

Sì. Anche nella relatività generale l'energia e la quantità di moto si conservano, sebbene sia un po' più complicato che nella meccanica newtoniana.

la quantità totale di materiale all'interno del nuovo universo è limitata a quanta roba è caduta nel buco nero o quanta roba ha raggiunto la singolarità?

No. Beh, una specie di. Il fisico il cui lavoro hai collegato nella tua domanda ha affrontato questo problema in un documento di follow-up. Il suo lavoro originale (su cui si basava il tuo articolo) è: Cosmologia con torsione: un'alternativa all'inflazione cosmica. Un seguito che discute la massa del nuovo universo è: Sulla massa dell'Universo nato in un buco nero. In questo articolo afferma che se il nostro intero universo fosse all'interno di un buco nero, il buco nero dovrebbe essere solo di 1.000 masse solari.

Che ci crediate o no, questo non viola la conservazione dell'energia. Infatti, usa esplicitamente la conservazione dell'energia nei suoi calcoli. La risoluzione di questo paradosso è che c'è MOLTA energia nel campo gravitazionale di un buco nero.

In questo modello, la singolarità all'interno del buco nero non si forma mai. Un orizzonte degli eventi si forma quando la materia collassa, come ci si aspetterebbe, ma all'interno dell'orizzonte lo spazio-tempo "rimbalza" prima che abbia la possibilità di creare una singolarità. Man mano che la materia cade verso l'interno, la sua energia aumenta; accelera e aumenta la sua energia cinetica a causa dell'immenso campo gravitazionale. Quando raggiunge l'"universo" stazionario all'interno questa energia cinetica viene tradotta in energia di massa a riposo: e se la materia ha accelerato abbastanza a lungo l'aumento di energia può essere enorme. Ciò conferisce all'"universo" all'interno potenzialmente molta più massa della materia che vi è caduta. Questo processo è descritto nell'articolo come la creazione di coppie particella-antiparticella da parte del campo gravitazionale, il che equivale allo stesso effetto. Ad ogni modo, prendi energia dal campo gravitazionale e la trasformi nell'energia (massa) delle particelle all'interno dell'orizzonte. Qualcuno seduto fuori dal buco nero non se ne accorge, perché può misurare solo l'energia totale e quella rimane costante.

Se è così, allora sembrerebbe che questi universi di buchi neri siano solo una piccola frazione delle dimensioni del nostro universo.

Non proprio. All'interno dell'orizzonte degli eventi la folle deformazione dello spazio-tempo può rendere l'"universo" interiore piuttosto grande. Come il TARDIS, qualcosa di molto più grande all'interno :)

Sono obbligato a dire che tutto questo lavoro è molto teorico, le sue conclusioni si basano su alcuni presupposti che non abbiamo prove a sostegno, ma è un'idea chiara!


Partendo dal presupposto che ci sia una sorta di scenario del "Big Bang", allora stiamo ipotizzando un universo in espansione. La relatività generale non richiede la conservazione dell'energia di massa su scala universale in uno spaziotempo mutevole (probabilmente, GR non ha nemmeno un concetto di energia su scala universale), quindi non c'è a priori ragione per cui questo universo di buchi neri non può essere paragonabile al nostro (in qualunque senso scegliamo).

Un modo semplice per vedere perché la conservazione dell'energia deve essere violata, anche in un vuoto, è osservare prima che la densità di energia del vuoto è fissa. Quindi, se lo spaziotempo si espande (o si contrae), allora stiamo cambiando il volume totale senza cambiare questa densità di energia del vuoto. Mantenere la stessa densità ma aumentare il volume significa più energia totale; diminuire il volume a parità di densità significa meno energia totale.

Possiamo anche osservare facilmente questa violazione. Potresti avere familiarità con il concetto di redshift: la luce che ti arriva da una fonte che si sta allontanando da te (o emessa da una fonte gravitante) viene spostata verso il lato rosso dello spettro. Questo allunga la lunghezza d'onda, quindi la luce ha meno energia. L'energia non va da nessuna parte, è semplicemente andata.${}^*$

Potremmo anche notare che, con il teorema di Noether in mano, sappiamo che l'invarianza per traslazione temporale implica la conservazione dell'energia. Ma uno spaziotempo non statico non è intrinsecamente invariante per la traslazione del tempo, quindi non è richiesta la conservazione dell'energia.

${}^*$ Ebbene, alcuni potrebbero tentare di riguadagnare la conservazione dell'energia asserendo che c'è un'energia del campo gravitazionale da considerare. Questo non è adottato da tutti, ma può essere fatto se stai attento con le tue definizioni. Semplicemente non funziona così generalmente e facilmente come potresti ingenuamente sperare.


Cosa succede al centro di un buco nero?

Paul M. Sutter è un astrofisico a SUNY Stony Brook e il Flatiron Institute, ospite di Chiedi a un astronauta e Radio spaziale, e autore di Come morire nello spazio. Sutter ha contribuito con questo articolo a Expert Voices: Op-Ed & Insights di Space.com.

La singolarità al centro di a buco nero è la terra di nessuno per eccellenza: un luogo in cui la materia è compressa fino a un punto infinitamente piccolo e tutte le concezioni del tempo e dello spazio si disgregano completamente. E in realtà non esiste. Qualcosa deve sostituire la singolarità, ma non siamo esattamente sicuri di cosa.

Esploriamo alcune possibilità.


Il nostro universo è nato in un buco nero, dice la teoria

Il nostro universo potrebbe aver avuto origine da un buco nero che si trova all'interno di un altro universo.

L'idea è incentrata su come la materia e l'energia che cadono in un buco nero potrebbero in teoria uscire da un "buco bianco" in un altro universo. In tale situazione, sia il buco nero che il buco bianco sono le bocche di un ponte Einstein-Rosen, popolarmente noto come un wormhole.

Con questo in mente, il fisico teorico Nikodem Poplawski dell'Università dell'Indiana ha ipotizzato che quando un buco nero si forma al collasso di una stella morente, un universo nasce contemporaneamente dal buco bianco dall'altra parte del wormhole.

"Il nostro universo potrebbe essersi formato all'interno di un buco nero esistente all'interno di un altro universo", ha detto.

Questa idea è stata suggerita prima, e ora Poplawski ha ampliato il pensiero.

Universi nidificati

Sebbene un buco nero formato da una stella delle dimensioni del nostro sole sarebbe largo solo circa 2 miglia, ciò non significa che un universo che potrebbe provenire da un buco nero rimarrebbe così piccolo.

"Il nostro universo era piccolo molto tempo fa e si è espanso", ha detto Poplawski. "Dall'altro lato, non si vedrebbe la nostra espansione". In sostanza, un buco nero potrebbe sembrare più grande "dentro" di come appariva a qualcuno all'esterno.

Se qualcuno sopravvivesse a un viaggio in un buco nero ed emergesse in un altro universo, "sarebbe un viaggio di sola andata", ha osservato Poplawski. L'orizzonte degli eventi di un buco nero è “il confine al quale nulla può sfuggire all'interno.

In teoria, i buchi neri perdono massa, tuttavia, poiché la radiazione di Hawking e le particelle che emergono dal vuoto proprio accanto ai loro orizzonti degli eventi. I buchi neri che perdono più massa di quanta ne guadagnano dovrebbero ridursi e alla fine svanire. Ciò non significa che nessun universo all'altra estremità del buco nero cesserà di esistere, ha spiegato Poplawski. "Saremmo solo disconnessi dall'altro universo", ha detto.

Prove per la nascita di un buco nero?

Se il nostro universo fosse nato da un buco nero in un altro universo, sarebbe impossibile attraversare il confine del suo evento e vedere l'altro lato, il che significa che non si può provare o confutare questa idea in questo modo.

Quindi come si potrebbe verificare questa congettura? Un'implicazione del concetto di Poplawski è che il nostro universo è "chiuso".

"In cosmologia, ci sono tre modelli per il nostro universo", ha spiegato Poplawski. "Il primo è che è chiuso, il secondo è che è 'aperto' e il terzo è che è 'piatto'".

Se è chiuso, e si cerca di avventurarsi ai margini del nostro universo, alla fine si torna al punto di partenza." Sarebbe come camminare sulla superficie della Terra &mdash se cammini verso est, ad un certo punto torni attraverso l'ovest", ha detto Poplawski.

Se il nostro universo è piatto, e uno cerca di avventurarsi al suo confine, non lo raggiungerebbe mai, poiché continuava all'infinito. Lo stesso sarebbe vero se l'universo fosse aperto, "solo che sarebbe 'curvo'", ha detto Poplawski. Ciò significa che se due raggi di luce fossero sparati nello spazio paralleli l'uno all'altro, in un universo piatto rimarrebbero paralleli, mentre in un universo aperto si allontanerebbero l'uno dall'altro.

Se il nostro universo si trova "dentro" un altro universo, "la previsione sarebbe che il nostro universo è chiuso", ha detto Poplawski. "Questo potrebbe forse essere testato ad un certo punto. Se l'universo è chiuso, se si osservano le stelle, la loro luce sarebbe visibile sul lato opposto del cielo. Se l'universo è davvero grande, la luce di quelle stelle potrebbe non aver avuto è ancora il momento di farlo, ma forse a un certo punto potremmo vederlo".

Inoltre, i buchi neri ruotano, suggeriscono le prove, e se il buco nero genitore del nostro universo stesse ruotando, "allora una direzione potrebbe essere preferita nel nostro universo, prove che potremmo vedere su larga scala", ha detto Poplawski.

Risolvere misteri?

Se il nostro universo fosse nato da un buco nero, potrebbe aiutare a risolvere il mistero di ciò che è accaduto prima del BigBang e se il nostro universo fosse chiuso, piatto o aperto.

Potrebbe anche aiutare gli scienziati a evitare problemi associati a singolarità o punti infinitamente piccoli con densità infinita. In teoria, l'universo è nato da una singolarità, e ogni buco nero racchiude una singolarità. Tuttavia, le singolarità sono grossi grattacapi per i fisici teorici, poiché le leggi della fisica si rompono intorno a loro.

"Nel mio modello, quando l'universo nasce, non c'è problema di avere una singolarità inizialmente & mdash invece di essere infinitamente piccolo, aveva il raggio del suo buco nero genitore", ha detto Poplawski. "Inoltre, invece dei buchi neri che finiscono con le singolarità, questo modello suggerisce che finirebbero con gli universi".

Un'idea piena di buchi?

Un buco in questa idea è quello che si presenta ogni volta che si parla di wormhole e di materia esotica.

In linea di principio, tutti i wormhole sono instabili, chiudendosi nell'istante in cui si aprono. L'unico modo per tenerli aperti è con una forma esotica di materia con la cosiddetta "densità di energia negativa". Tale materia esotica ha proprietà bizzarre, incluso il movimento nella direzione opposta della materia normale quando viene spinta. Nessuno sa se tale materia esiste davvero.

"È possibile che quando si formano i buchi neri, la materia possa subire una transizione di fase per diventare materia esotica, per consentire questa espansione iniziale di un universo all'interno del buco nero", ha suggerito Poplawski.

Inoltre, mentre questo potrebbe spiegare come il nostro universo sia nato da un buco nero, non spiega come sia nato l'universo da cui proviene quel buco nero. "Quindi quell'universo è nato da un buco nero in un altro universo, e così via?" Poplawski ha osservato. "È un problema di un numero infinito di universi. Questa è una critica molto ragionevole."

Poplawski descriverà in dettaglio la sua ricerca il 12 aprile nell'edizione della rivista di Lettere di fisicaB.


Penso che "outlier" sia troppo gentile.

Sembra che i fatti scientifici di FOX siano affidabili quanto i loro fatti politici.

EDIT: a proposito, mi sembra di ricordare che ci sono state discussioni su questo forum in cui è stato discusso quel particolare punto di vista, se vuoi fare una ricerca sul forum.

Ho dei problemi con l'articolo.
". Poiché l'energia può essere convertita in massa, l'energia gravitazionale immensamente elevata in questo stato estremamente denso causerebbe un'intensa produzione di particelle, aumentando notevolmente la massa all'interno del buco nero. "
Sembra un dispositivo a energia libera.
". Il movimento della materia attraverso il confine del buco nero, chiamato "orizzonte degli eventi", avverrebbe solo in una direzione, fornendo una direzione del tempo che percepiamo come andare avanti. La freccia del tempo nel nostro universo sarebbe quindi ereditata, attraverso la torsione, dall'universo genitore. "
Quindi, dove sono i "buchi bianchi" che dovremmo vedere a causa della materia in caduta dal nostro universo "genitore"?
". A causa della torsione, la materia decadrebbe in elettroni e quark familiari e l'antimateria decadrebbe in "materia oscura". "
Interessante, e questo è previsto da quale versione della fisica delle particelle?
". Ci sono alcune prove recentemente riportate da indagini su oltre 15.000 galassie che in un emisfero dell'universo più galassie a spirale sono "sinistre" o ruotano in senso orario, mentre nell'altro emisfero più sono "destrimani" o ruotano in senso antiorario. "
Un riferimento darebbe credito a questa audace affermazione.

Ci sono un sacco di cose che tendono a sfavorire l'idea che il nostro universo sia un buco nero incorporato in un universo "genitore", per non parlare dei problemi logici - come cosa succede quando i buchi neri si fondono?


Un buco nero ha dato alla luce il nostro universo?

Quando si tratta della nostra comprensione dell'Universo, il XX secolo è stato pieno di sorprese. Poco più di 100 anni fa, pensavamo che la galassia della Via Lattea ospitasse tutto ciò che potevamo vedere nel cielo. Pensavamo che l'Universo fosse statico, immutabile e forse eterno, governato dalla legge di gravitazione universale di Newton.

Tutto questo è cambiato radicalmente nel giro di pochi anni. La Relatività Generale di Einstein ha sostituito la gravitazione di Newton, mostrandoci la relazione tra materia ed energia e il tessuto dello spaziotempo. Secondo le sue equazioni, l'Universo non poteva essere statico, ma doveva cambiare nel tempo: un fatto confermato con la scoperta dell'Universo in espansione. La sua teoria prevedeva anche l'esistenza di buchi neri, che in seguito furono scoperti, rilevati e persino ripresi direttamente.

Ciò ha portato a un'idea selvaggia (ma ancora speculativa): che forse il nostro Universo sia nato da un buco nero. Ecco cosa rende l'idea così avvincente.

La caratteristica distintiva di un buco nero è l'esistenza di un orizzonte degli eventi: un confine che racconta una storia molto diversa per un oggetto al di fuori di esso rispetto a uno al suo interno. Al di fuori dell'orizzonte degli eventi di un buco nero, qualsiasi oggetto sperimenterà i suoi effetti gravitazionali, poiché lo spazio sarà curvo dalla presenza del buco nero, ma può comunque sfuggire. Se si muove abbastanza velocemente o accelera abbastanza velocemente nella giusta direzione, non cadrà necessariamente nel buco nero, ma potrebbe liberarsi dalla sua influenza gravitazionale.

Una volta che un oggetto attraversa l'altro lato dell'orizzonte degli eventi, tuttavia, è immediatamente destinato a essere incluso nella singolarità centrale del buco nero. A causa della gravità con cui il tessuto dello spaziotempo è curvo all'interno di un buco nero, un oggetto in caduta raggiungerà la singolarità entro pochi secondi dall'attraversamento dell'orizzonte degli eventi, aumentando la massa del buco nero nel processo. A qualcuno che si trova al di fuori dell'orizzonte degli eventi, il buco nero sembra formarsi, guadagnare massa e crescere nel tempo.

Ma cosa ha a che fare questo con il nostro Universo? Se dovessi prendere tutte le forme conosciute e misurabili di materia e radiazione nell'Universo osservabile, dovresti sommare tutto quanto segue:

  • materia normale, composta da protoni, neutroni ed elettroni,
  • neutrini, particelle fondamentali spettrali che raramente interagiscono con la materia normale,
  • la materia oscura, che domina la massa dell'Universo ma finora ha eluso gli sforzi di rilevamento diretto,
  • fotoni, o particelle di luce, che trasportano energia da ogni evento elettromagnetico nel corso della storia cosmica,
  • e le onde gravitazionali, che si creano ogni volta che una massa si muove e accelera attraverso il tessuto curvo dello spaziotempo.

Ai limiti più remoti di ciò che i nostri strumenti possono rilevare, possiamo vedere fino a circa 46 miliardi di anni luce di distanza in tutte le direzioni. Se sommi tutta l'energia di tutte queste forme in tutto l'intero Universo osservabile, puoi arrivare a una "massa" equivalente per l'Universo usando la relazione più famosa di Einstein: E = mc².

Poi, se vuoi, puoi fare una domanda piuttosto profonda: se l'intero Universo fosse compresso in un unico punto, cosa accadrebbe? La risposta è la stessa che si avrebbe se si comprimesse una qualsiasi raccolta abbastanza grande di massa o energia in un singolo punto: formerebbe un buco nero. La cosa notevole della teoria della gravità di Einstein è che se questa raccolta di massa e/o energia non è caricata (elettricamente) e non ruota o ruota (cioè senza momento angolare), la quantità totale di massa è l'unica fattore che determina la grandezza del buco nero: quello che gli astrofisici chiamano il suo raggio di Schwarzschild.

Sorprendentemente, il raggio di Schwarzschild di un buco nero con la massa di tutta la materia nell'Universo osservabile è quasi esattamente uguale alla dimensione osservata dell'Universo visibile! Questa realizzazione, di per sé, sembra una notevole coincidenza, sollevando la questione se il nostro Universo possa effettivamente essere in qualche modo l'interno di un buco nero. Ma questo è solo l'inizio della storia mentre ci immergiamo più a fondo, le cose diventano ancora più interessanti.

A metà degli anni '60, fu fatta una scoperta che rivoluzionò il nostro concetto di Universo: un bagno uniforme e omnidirezionale di radiazioni a bassa energia apparve da tutte le località del cielo. Questa radiazione aveva la stessa temperatura in tutte le direzioni, ora determinata a 2,725 K, solo pochi gradi sopra lo zero assoluto. La radiazione aveva uno spettro di corpo nero praticamente perfetto, come se avesse un'origine termica calda, e appariva identica entro 1 parte su 30.000, indipendentemente da dove si guardasse nel cielo.

Questa radiazione - originariamente chiamata palla di fuoco primordiale e ora nota come fondo cosmico a microonde - rappresentava la prova fondamentale che il nostro Universo si sta espandendo e si raffredda perché in passato era più caldo e denso. Più indietro estrapoliamo, più le cose erano piccole, uniformi e compatte. Tornando indietro, questa immagine del caldo Big Bang sembra avvicinarsi a una singolarità, la stessa condizione che si trova all'interno centrale dei buchi neri: un luogo in cui densità, temperature ed energie sono così estreme che le stesse leggi della fisica si rompono .

Quando guardi le equazioni che governano un buco nero, c'è anche qualcosa di straordinario che accade. Se inizi appena fuori dall'orizzonte degli eventi e scappi a una distanza infinita dal buco nero, scoprirai che la tua distanza (r) va da R, il raggio di Schwarzschild, all'infinito: ∞. D'altra parte, se inizi appena all'interno dell'orizzonte degli eventi e tieni traccia della tua distanza dal buco nero alla singolarità centrale, troverai la stessa distanza (r) va invece da R, il raggio di Schwarzschild, a zero: 0.

No, in realtà è un grosso problema, per il seguente motivo: se esamini tutte le proprietà dello spazio al di fuori dell'orizzonte degli eventi di un buco nero, da R a ∞, e le confronti con tutte le proprietà dello spazio all'interno dell'orizzonte degli eventi del buco nero , da R a 0, sono identici in ogni singolo punto. Tutto quello che devi fare è sostituire la distanza, r, con il suo reciproco, 1/r (o, più precisamente, per sostituire tutte le istanze di r/R con R/r), e scoprirai che l'interno del buco nero è matematicamente identico all'esterno del buco nero.

Poiché la nostra comprensione dell'Universo è migliorata e perfezionata negli ultimi decenni, due nuove scoperte hanno scosso le fondamenta della cosmologia. La prima era l'inflazione cosmica: invece di derivare da una singolarità, ora sembra che l'Universo sia stato creato da uno stato rapido e implacabile di espansione esponenziale costante che ha preceduto il caldo Big Bang. È come se ci fosse una sorta di campo che fornisce un'energia inerente allo spazio stesso, causando il gonfiaggio dell'Universo, e solo quando l'inflazione è terminata è iniziato il caldo Big Bang.

La seconda era l'energia oscura: man mano che l'Universo si espande e diventa meno denso, le galassie lontane iniziano a recedere da noi a un ritmo accelerato. Ancora una volta, anche se con una grandezza molto più piccola, l'Universo si comporta come se ci fosse una sorta di energia inerente allo spazio stesso, rifiutandosi di diluirsi anche se l'espansione dello spazio continua. Da quando l'inflazione e l'energia oscura esistono entrambe, le persone hanno ipotizzato che potesse esserci una connessione.

Quale potrebbe essere questa connessione? Ancora una volta, i buchi neri potrebbero essere la risposta. I buchi neri guadagnano massa quando il materiale cade al loro interno e decadono, perdendo massa, tramite la radiazione di Hawking. Al variare delle dimensioni dell'orizzonte degli eventi, è possibile che questo modifichi l'“energia” inerente al tessuto dello spazio per un osservatore situato all'interno dell'orizzonte degli eventi? È possibile che ciò che percepiamo come inflazione cosmica segni la creazione del nostro Universo da un buco nero ultramassiccio? È possibile che l'energia oscura sia in qualche modo collegata anche ai buchi neri?

E questo significa che, poiché i buchi neri astrofisici si sono formati all'interno del nostro Universo, ognuno dà origine al proprio "Universo bambino" da qualche parte al suo interno? Queste speculazioni esistono da molti decenni, ma senza una conclusione definitiva o dimostrabile. Tuttavia, molti modelli e idee abbondano, e questa linea di pensiero continua ad essere avvincente per molti che ricercano i buchi neri, la termodinamica e l'entropia, la Relatività Generale e l'inizio e la fine dell'Universo.

Sfortunatamente, ogni modello fisico che è stato presentato, almeno finora, non è riuscito a fare previsioni uniche che possano fare le seguenti tre cose.

  1. Riprodurre tutti i successi, come i fenomeni già osservati, che il caldo Big Bang inflazionistico ha già rappresentato con successo.
  2. Spiegare e/o rendere conto di fenomeni osservati che la teoria prevalente non può.
  3. Fai nuove previsioni che differiscono da quelle previste dall'attuale modello di punta, che possiamo quindi uscire e testare.

Forse il tentativo più famoso in questo senso è la Conformal Cyclic Cosmology (CCC) di Roger Penrose, che fa una previsione unica che differisce dal modello cosmologico standard: l'esistenza di punti di Hawking, o cerchi di variazione di temperatura insolitamente bassa nel fondo cosmico a microonde. Sfortunatamente, queste caratteristiche non appaiono in modo robusto nei dati, relegando l'idea che il nostro Universo sia nato da un buco nero - e l'idea che i buchi neri diano origine a universi neonati - a uno che è puramente speculativo.

C'è molto da apprezzare sull'idea che ci sia una connessione tra i buchi neri e la nascita degli Universi, sia dal punto di vista fisico che matematico. È plausibile che ci sia una connessione tra la nascita del nostro Universo e la creazione di un buco nero estremamente massiccio da un Universo che esisteva prima del nostro è plausibile che ogni buco nero che è stato creato nel nostro Universo abbia dato origine a un nuovo Universo al suo interno .

Quello che manca, purtroppo, è il passaggio chiave di una firma univocamente identificabile che potrebbe dirci se questo è il caso o meno. Questo è uno dei passaggi più difficili per qualsiasi fisico teorico: determinare l'impronta di una nuova idea sul nostro Universo osservabile, distinguendo quella nuova idea dalle nostre vecchie e prevalenti. Fino a quando non faremo con successo questo passo, il lavoro probabilmente continuerà su queste idee, ma rimarranno solo ipotesi speculative. Non sappiamo se il nostro Universo sia nato dalla creazione di un buco nero, ma a questo punto è una possibilità allettante che saremmo sciocchi da escludere.


Un buco nero ha dato alla luce il nostro universo?

Quando si forma un buco nero, un'idea speculativa ma spettacolare è che dia vita a un nuovo, . [+] Universo bambino. Se questo è il caso, potrebbe gettare una nuova luce sulle nostre origini cosmiche, con affascinanti implicazioni per ciò che potrebbe accadere all'interno dei buchi neri che il nostro Universo ha successivamente formato.

Quando si tratta della nostra comprensione dell'Universo, il XX secolo è stato pieno di sorprese. Poco più di 100 anni fa, pensavamo che la galassia della Via Lattea ospitasse tutto ciò che potevamo vedere nel cielo. Pensavamo che l'Universo fosse statico, immutabile e forse eterno, governato dalla legge di gravitazione universale di Newton.

Tutto questo è cambiato radicalmente nel giro di pochi anni. La Relatività Generale di Einstein ha sostituito la gravitazione di Newton, mostrandoci la relazione tra materia ed energia e il tessuto dello spaziotempo. Secondo le sue equazioni, l'Universo non poteva essere statico, ma doveva cambiare nel tempo: un fatto confermato con la scoperta dell'Universo in espansione. La sua teoria prevedeva anche l'esistenza di buchi neri, che in seguito furono scoperti, rilevati e persino ripresi direttamente.

Ciò ha portato a un'idea selvaggia (ma ancora speculativa): che forse il nostro Universo sia nato da un buco nero. Ecco cosa rende l'idea così avvincente.

Sia all'interno che all'esterno dell'orizzonte degli eventi di un buco nero di Schwarzschild, lo spazio scorre come un . [+] tapis roulant o cascata, a seconda di come vuoi visualizzarlo. All'orizzonte degli eventi, anche se corressi (o nuotassi) alla velocità della luce, non ci sarebbe alcun superamento del flusso dello spaziotempo, che ti trascina nella singolarità al centro. Al di fuori dell'orizzonte degli eventi, tuttavia, altre forze (come l'elettromagnetismo) possono spesso vincere l'attrazione gravitazionale, provocando la fuga anche della materia in caduta.

Andrew Hamilton / JILA / Università del Colorado

La caratteristica distintiva di un buco nero è l'esistenza di un orizzonte degli eventi: un confine che racconta una storia molto diversa per un oggetto al di fuori di esso rispetto a uno al suo interno. Al di fuori dell'orizzonte degli eventi di un buco nero, qualsiasi oggetto sperimenterà i suoi effetti gravitazionali, poiché lo spazio sarà curvo dalla presenza del buco nero, ma può comunque sfuggire. Se si muove abbastanza velocemente o accelera abbastanza velocemente nella giusta direzione, non cadrà necessariamente nel buco nero, ma potrebbe liberarsi dalla sua influenza gravitazionale.

Una volta che un oggetto attraversa l'altro lato dell'orizzonte degli eventi, tuttavia, è immediatamente destinato a essere incluso nella singolarità centrale del buco nero. A causa della gravità con cui il tessuto dello spaziotempo è curvo all'interno di un buco nero, un oggetto in caduta raggiungerà la singolarità entro pochi secondi dall'attraversamento dell'orizzonte degli eventi, aumentando la massa del buco nero nel processo. A qualcuno che si trova al di fuori dell'orizzonte degli eventi, il buco nero sembra formarsi, guadagnare massa e crescere nel tempo.


L'universo è dentro un buco nero?

Da un punto di vista teorico questo suona perfettamente logico, avendo tutta quella massa racchiusa in quella piccola area dovrebbe produrre un buco nero, e a causa della torsione potrebbe essere probabile che sia stata la causa dell'improvvisa espansione del nostro universo che è il big bang . Ma ci sono alcune prove contrastanti come si ritiene che il raggio schwarzschild dell'universo sia di circa 13,7 miliardi di anni luce mentre la distanza dal bordo dell'universo osservabile è di circa 46 miliardi di anni luce poiché l'universo è in continua espansione. Ma alla fine non c'è praticamente alcun modo per dire al tempo o meno che l'universo sia in un buco nero o no. Per farlo dovremmo sapere esattamente cosa è successo al presunto inizio dell'universo e molto probabilmente anche sopportarlo.
Ecco alcuni link che supportano entrambe le parti, intendiamoci, anche se entrambi sono a favore della loro convinzione:

(Un po' anche un disclaimer, sono solo uno studente delle superiori e ovviamente non so tutto sui buchi neri dell'universo ecc. Questo era solo un po' dei miei due centesimi, spero che qualcun altro possa rispondere meglio alla tua domanda.)


Ogni buco nero contiene un nuovo universo

Il nostro universo potrebbe esistere all'interno di un buco nero. Può sembrare strano, ma in realtà potrebbe essere la migliore spiegazione di come è iniziato l'universo e di ciò che osserviamo oggi. È una teoria che è stata esplorata negli ultimi decenni da un piccolo gruppo di fisici.

Il Big Bang e le teorie dell'inflazione lasciano irrisolte questioni importanti. Ad esempio: cosa ha dato inizio al big bang? Cosa ha causato la fine dell'inflazione? Qual è la fonte della misteriosa energia oscura che apparentemente sta facendo accelerare l'espansione dell'universo?

L'idea che il nostro universo sia interamente contenuto all'interno di un buco nero fornisce risposte a questi problemi ea molti altri. Elimina la nozione di singolarità fisicamente impossibili nel nostro universo. E si basa su due teorie centrali (relatività generale e meccanica quantistica) in fisica.

Al centro della galassia a spirale M81 c'è un buco nero supermassiccio circa 70 milioni di volte più massiccio del nostro sole. Credito immagine: NASA/CXC/Wisconsin/D.Pooley & CfA/A.ZezasNASA/ESA/CfA/A.Zezas NASA/JPL-Caltech/CfA/J.Huchra et al. NASA/JPL-Caltech/CfA

Rotazione delle particelle e torsione spazio-temporale

Un adattamento degli anni '60 della relatività generale, chiamato teoria della gravità di Einstein-Cartan-Sciama-Kibble, tiene conto degli effetti della meccanica quantistica. Non solo fornisce un passo verso la gravità quantistica, ma porta anche a un'immagine alternativa dell'universo. Questa variazione della relatività generale incorpora un'importante proprietà quantistica nota come spin. Particelle come atomi ed elettroni possiedono spin, o il momento angolare interno che è analogo a un pattinatore che gira sul ghiaccio.

In questa immagine, gli spin nelle particelle interagiscono con lo spaziotempo e gli conferiscono una proprietà chiamata "torsione". Per comprendere la torsione, immagina lo spaziotempo non come una tela bidimensionale, ma come un'asta flessibile e unidimensionale. Piegare l'asta corrisponde a curvare lo spaziotempo e torcere l'asta corrisponde a torsione dello spaziotempo. Se una canna è sottile, puoi piegarla, ma è difficile vedere se è attorcigliata o meno.

La torsione dello spaziotempo sarebbe significativa, figuriamoci evidente, nell'universo primordiale o nei buchi neri. In questi ambienti estremi, la torsione dello spaziotempo si manifesterebbe come una forza repulsiva che contrasta la forza gravitazionale attrattiva proveniente dalla curvatura dello spaziotempo. Come nella versione standard della relatività generale, stelle molto massicce finiscono per collassare in buchi neri: regioni dello spazio da cui nulla, nemmeno la luce, può sfuggire.

Ecco come si svolgerebbe la torsione nei momenti iniziali del nostro universo. Inizialmente, l'attrazione gravitazionale dallo spazio curvo avrebbe superato le forze repulsive di torsione, servendo a far collassare la materia in regioni più piccole dello spazio. Ma alla fine la torsione diventerebbe molto forte e impedirebbe alla materia di comprimersi in un punto di densità infinita, la materia raggiungerebbe uno stato di densità estremamente grande ma finita. As energy can be converted into mass, the immensely high gravitational energy in this extremely dense state would cause an intense production of particles, greatly increasing the mass inside the black hole.

The increasing numbers of particles with spin would result in higher levels of spacetime torsion. The repulsive torsion would stop the collapse and would create a “big bounce” like a compressed beach ball that snaps outward. The rapid recoil after such a big bounce could be what has led to our expanding universe. The result of this recoil matches observations of the universe’s shape, geometry, and distribution of mass.

In turn, the torsion mechanism suggests an astonishing scenario: every black hole would produce a new, baby universe inside. If that is true, then the first matter in our universe came from somewhere else. So our own universe could be the interior of a black hole existing in another universe. Just as we cannot see what is going on inside black holes in the cosmos, any observers in the parent universe could not see what is going on in ours.

Spacetime Torsion would cause antimatter to decay into dark matter

Torsion could also explain the observed imbalance between matter and antimatter in the universe. Because of torsion, matter would decay into familiar electrons and quarks, and antimatter would decay into “dark matter,” a mysterious invisible form of matter that appears to account for a majority of matter in the universe.

We propose a simple scenario which explains the observed matter-antimatter imbalance and the origin of dark matter in the Universe. We use the Einstein-Cartan-Sciama-Kibble theory of gravity which naturally extends general relativity to include the intrinsic spin of matter. Spacetime torsion produced by spin generates, in the classical Dirac equation, the Hehl-Datta term which is cubic in spinor fields. We show that under a charge-conjugation transformation this term changes sign relative to the mass term. A classical Dirac spinor and its charge conjugate therefore satisfy different field equations. Fermions in the presence of torsion have higher energy levels than antifermions, which leads to their decay asymmetry. Such a difference is significant only at extremely high densities that existed in the very early Universe. We propose that this difference caused a mechanism, according to which heavy fermions existing in such a Universe and carrying the baryon number decayed mostly to normal matter, whereas their antiparticles decayed mostly to hidden antimatter which forms dark matter. The conserved total baryon number of the Universe remained zero.

Arxiv – Torsion could be the source of Dark energy Geometry with torsion naturally produces a “cosmological constant,” a sort of added-on outward force which is the simplest way to explain dark energy. Thus, the observed accelerating expansion of the universe may end up being the strongest evidence for torsion.

We propose a new theory of gravitation, in which the affine connection is the only dynamical variable describing the gravitational field. We construct the simplest dynamical Lagrangian density that is entirely composed from the connection, via its curvature and torsion, and is an algebraic function of its derivatives. It is given by the contraction of the Ricci tensor with a tensor which is inverse to the symmetric, contracted square of the torsion tensor, $k_=S^rho_S^lambda_$. We vary the total action for the gravitational field and matter with respect to the affine connection, assuming that the matter fields couple to the connection only through $k_$. We derive the resulting field equations and show that they are identical with the Einstein equations of general relativity with a nonzero cosmological constant, if the tensor $k_$ is regarded as the metric tensor. The cosmological constant is simply a constant of proportionality between the two tensors, which together with $c$ and $G$ provides a natural system of units in gravitational physics. This theory therefore provides a physically valid construction of the metric as an algebraic function of the connection, and naturally explains the observed dark energy as an intrinsic property of spacetime.

How to Prove that our universe lives in a black hole ?

While resolving some major questions, it raises new ones of its own. For example, what do we know about the parent universe and the black hole inside which our own universe resides? How many layers of parent universes would we have? How can we test that our universe lives in a black hole?

The last question can potentially be investigated: since all stars and thus black holes rotate, our universe would have inherited the parent black hole’s axis of rotation as a “preferred direction.” There is some recently reported evidence from surveys of over 15,000 galaxies that in one hemisphere of the universe more spiral galaxies are “left-handed”, or rotating clockwise, while in the other hemisphere more are “right-handed”, or rotating counterclockwise. In any case, I believe that including torsion in geometry of spacetime is a right step towards a successful theory of cosmology.

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Brian Wang is a Futurist Thought Leader and a popular Science blogger with 1 million readers per month. His blog Nextbigfuture.com is ranked #1 Science News Blog. It covers many disruptive technology and trends including Space, Robotics, Artificial Intelligence, Medicine, Anti-aging Biotechnology, and Nanotechnology.

Known for identifying cutting edge technologies, he is currently a Co-Founder of a startup and fundraiser for high potential early-stage companies. He is the Head of Research for Allocations for deep technology investments and an Angel Investor at Space Angels.

A frequent speaker at corporations, he has been a TEDx speaker, a Singularity University speaker and guest at numerous interviews for radio and podcasts. He is open to public speaking and advising engagements.


Black Holes and the Evolution of the Universe

Continued Onto the idea that there are an infinite other me's in other universes. These other me's you are referring to are not me, Im here. There maybe someone similar to me but they are not an exact copy of me.

I also believe there is not an exact replica of anything or any event for the following reason

Take any two particles, say atoms, now take a perfect ruler and measure the distance between their centres. My ruler being perfect has its graduation lines marked out with ideal lines which have no thickness. This pair of atoms will not have obliged you by existing to exactly match the graduations of your ruler. The atoms centre point and the ruler's graduations are infinitely thin remember, so the chance that they Esattamente match up is 1 in infinity, ie zero. There are an infinite possible ways to divide your ruler but each graduation line will still be infinitely thin, so it doesn't matter how you choose the rulers markings they will never match up exactly with the centres of the atoms.

In other words, it's not possible to measure the exact distance between the atoms. What's more, they don't even have a knowable distance.

Now take another pair of atoms and using the same argument, there's a zero possibility for them to occur with the same separation as the first pair.

So the bottom line is if you can't even get 2 pairs of atoms to be the same distance apart how on earth are you going to get 2 objects with a zillion atoms to be exactly the same. I also think the same reasoning will apply to all the other parameters a system may have, eg temperature, pressure and constituent ratio etc. So nothing in the Universe of infinite universes (sorry Cat) can ever be exactly the same.

Also the kind of infinity I,m talking about is 'aleph 1' or the continuous infinity which is larger than 'aleph 0', the basic countable infinity, as I described in my post on the thread 'Can one infinity be larger than another infinity?'

When I say the above example has a '1 in infinity' chance of occurring, remember it is a '1 in (aleph 1) infinity', so a very small zero indeed. Bear in mind that the infinite number of universe's is 'aleph 0' infinity ie countable infinity, so a lot smaller than the 'aleph 1' infinite variation of parameters of events and objects. Thus highlighting the reason why all possible objects and events cannot fit into the smaller size infinity of countable universes.

To put it in one sentence. The type of infinity of possible events and objects (aleph 1) is of a greater size of infinity than the countable infinity of universes (aleph 0), and so won't fit in.

The above waffle is just my personal thought, I've never seen anyone saying this before, so there's a good chance it's nonsense. See what you think and I'd love your opinions either way.

No, I didn't say this. All I've said previously is that space is infinite, 'The Infinite' (my name for the Universe) and that it contains infinite contents of infinite other big bangs (for which there isn't a word for yet, other than incorrect words such as pocket universes or bubble universes)

What I do believe is that 'The Infinite' is comprised of infinite variation, with no events or objects repeating. So I'm in agreement with voidpotentialenenergy as per his above post, but not with his explanation for it (from another thread). No cigars as he puts it.

David-J-Franks

David-J-Franks

Infinite universes=infinite differences.

Parallel universes can't exist either for one reason, infinite energy in one region of space with parallel universes.
Quantum decision just won't work in a finite space.

David-J-Franks

I enjoy reading your posts as you hang onto to the existence of "infinite." Also that, because infinite exists, then with it everything that can exist, exists, has existed, and will exist somewhere though not at all, of course, in any single finite of an infinity of finites (such as an infinity of finite universes (u): "infinity of. " because though there are exact duplicates, an infinity of them, there are far more (an infinity more) that aren't exactly duplicates, and even far more are even more different (an infinity more), progressing to far, far, more that are radically different (an infinity more). There are many (an infinity) rich in life. There are many (an infinity) where life, as we know life, could not even exist. There are many (an infinity) where YOU made the same decisions that, or different decisions than, you made in this universe. There are many (an infinity) where YOU lived in different time periods than in this universe. Maybe even on an Earth, or on a similar planet, ranging thousands of years ago Earth standard time, to so far in a possible future that YOU roam the interstellar horizons, or even the intergalactic horizons, (universe horizons / horizon universes) like a Han Solo or a Captain Kirk. In all, there is one thing I'm certain you could bank on no matter what, YOU would be YOU in all the possible infinities of same and different space and time universes YOU could possibly reside in. YOU are a type of personality, uniquely YOU but still a type (an extremely unique type, as every individual of every species or kind of life is). Therefore you couldn't be anyone else, or anything else, but you in whatever the range of possible spaces, times, and conditions you could exist in, in an infinity of finite universes. Biologically and semi-religiously that means you die an infinite number of deaths, live an infinite number of lives, and as simply put as I can put it, YOU simply continue (there is no afterlife or reincarnation involved in an infinite Universe of infinite many universes). Have you ever experienced anything like de ja vu?

So I get long winded again. I was dealing in a satirical response when I said that bubble universes might smash into one another and either fuse together or fission apart, the Universe (U) losing and/or gaining universes (u). As both you and I have said before, in an infinite Universe (U) everything that can exist, exists. It doesn't gain anything or lose anything as far as its own infinity is concerned. Nothing is created or destroyed at those levels that are infinity and that deal in infinity. That includes the Universe (U) as its own infinity of finite universes (u). You liked my analogy about the forest and the trees. Well remember that it goes a little further than I took it. The trees are in the forest, and the forest is in each and every tree. [This] forest can't create or destroy any of its trees. And no tree or group of trees in this particular forest can create or destroy the forest. In this realization of infinite Universe, as I see it, no gain or loss of a finite universe ever happens (in form, they are infinite themselves (an infinity of infinites / infinitesimals at the same time they are an infinity of finites)). Perché? How does that happen? Because we aren't talking about loose floating bubbles in some kind of sea of bubbles, we are talking finite universes as finite horizons (even in the way I described Chaos Theory's multi-layering: As different look or dimensional form of horizons). We are talking an infinite Universe (an infinite Horizon) of an infinite many universes (an infinite many horizons). Whether banked (closed up) to a 'naked singularity' of infinitely dense Horizon (Universe), an infinite mass of Universe (Horizon), or accordion-like extended out into their infinite many of horizons (universes), (I'm talking a dual existence here, both at once here, not any sequential existence closing up and opening up alternatingly), that Horizon (Universe) neither gains nor loses horizons (universes). So the horizon of each and every one of these finites is infinite, is infinity, up and out through the infinity of the macro-horizons, and down and in through the infinity of the micro-horizons. Ours is but one horizon constant of all that infinite many horizon constants. All the same 'Horizon' constant. Singularity! Duality! The constant of the one infinite Horizon / Universe is then the constant of each and every finite horizon / universe.

(*I found an article on "Mirror Universe hiding in Space-Time" that made me think I might have left out some things from my own look of BB, while getting the direction of time backward, maybe, from even own previous descriptions. My universe traveler would neither see nor time travel the times as I tried to describe them here. So I scrapped my BB description. David is still right in my opinion in what he says above on this particular matter of BB that got me started. And in the article I cited as having found and read, there are too few dimensions and too little Universe for me. They think they see so much and I feel sorry for them, but what they see is practically barren. I like richer more dimensional paintings, not flat dark age-like poverty stricken ones. Some things in the article showed me I'm on a right track for my own realization and satisfaction, but I'm just not there yet. The material substance of my mirror doing the mirroring, as I see it, is gravity's waves.*)


Our Universe May Have Emerged from a Black Hole in a Higher Dimensional Universe

The event horizon of a black hole — the point of no return for anything that falls in — is a spherical surface. In a higher-dimensional universe, a black hole could have a three-dimensional event horizon, which could spawn a whole new universe as it forms. Artist’s impression by Victor De Schwanberg/Science Photo Library

New research from theoretical physicists at the Perimeter Institute proposes that our universe may have emerged from a black hole in a higher-dimensional universe.

The big bang poses a big question: if it was indeed the cataclysm that blasted our universe into existence 13.7 billion years ago, what sparked it?

Three Perimeter Institute researchers have a new idea about what might have come before the big bang. It’s a bit perplexing, but it is grounded in sound mathematics, testable, and enticing enough to earn the cover story in Scientific American, called “The Black Hole at the Beginning of Time.”

What we perceive as the big bang, they argue, could be the three-dimensional “mirage” of a collapsing star in a universe profoundly different than our own.

“Cosmology’s greatest challenge is understanding the big bang itself,” write Perimeter Institute Associate Faculty member Niayesh Afshordi, Affiliate Faculty member and University of Waterloo professor Robert Mann, and PhD student Razieh Pourhasan.

Conventional understanding holds that the big bang began with a singularity – an unfathomably hot and dense phenomenon of spacetime where the standard laws of physics break down. Singularities are bizarre, and our understanding of them is limited.

“For all physicists know, dragons could have come flying out of the singularity,” Afshordi says in an interview with Nature.

The problem, as the authors see it, is that the big bang hypothesis has our relatively comprehensible, uniform, and predictable universe arising from the physics-destroying insanity of a singularity. It seems unlikely.

So perhaps something else happened. Perhaps our universe was never singular in the first place.

Their suggestion: our known universe could be the three-dimensional “wrapping” around a four-dimensional black hole’s event horizon. In this scenario, our universe burst into being when a star in a four-dimensional universe collapsed into a black hole.

In our three-dimensional universe, black holes have two-dimensional event horizons – that is, they are surrounded by a two-dimensional boundary that marks the “point of no return.” In the case of a four-dimensional universe, a black hole would have a three-dimensional event horizon.

In their proposed scenario, our universe was never inside the singularity rather, it came into being outside an event horizon, protected from the singularity. It originated as – and remains – just one feature in the imploded wreck of a four-dimensional star.

The researchers emphasize that this idea, though it may sound “absurd,” is grounded firmly in the best modern mathematics describing space and time. Specifically, they’ve used the tools of holography to “turn the big bang into a cosmic mirage.” Along the way, their model appears to address long-standing cosmological puzzles and – crucially – produce testable predictions.

Of course, our intuition tends to recoil at the idea that everything and everyone we know emerged from the event horizon of a single four-dimensional black hole. We have no concept of what a four-dimensional universe might look like. We don’t know how a four-dimensional “parent” universe itself came to be.

But our fallible human intuitions, the researchers argue, evolved in a three-dimensional world that may only reveal shadows of reality.

They draw a parallel to Plato’s allegory of the cave, in which prisoners spend their lives seeing only the flickering shadows cast by a fire on a cavern wall.

“Their shackles have prevented them from perceiving the true world, a realm with one additional dimension,” they write. “Plato’s prisoners didn’t understand the powers behind the sun, just as we don’t understand the four-dimensional bulk universe. But at least they knew where to look for answers.”

More Information:

Image: Artist’s impression by Victor De Schwanberg/Science Photo Library


Risposte e risposte

The existence of exotic states of matter could prevent an event horizon from forming. But if these exotic states of matter don't violate an energy condition (I believe it's the strong energy condition), then once an event horizon forms, you're guaranteed in classical gravity that you'll get a singularity this is basically the Penrose singularity theorem. Also, if the system forms a stationary equilibrium with an event horizon, then the black hole no-hair theorems guarantee a singularity.

That's all in classical gravity, but classical gravity should remain valid until the object gets as dense as the Planck density, which means it can't be any of the hypothetical stable forms of matter you have in mind.

Since we don't have any theory of quantum gravity, I don't think we can predict anything specific about what happens when you get to the Planck density.

Observationally, we see objects that have all the predicted characteristics of black holes, which suggests that sufficiently massive objects do form event horizons when they collapse gravitationally.

I've found Nikodem Popławski "Big bounce" ideas, based on ECKS theory (sometimes called Einstein-Cartan theory) interesting. As far as I know it's not "a quantum theory of gravity", though it does incorporate modifications to make it more friendly to particles with spin, which is an important quantum mechanical property.

I'm not overly familiar with the theory, but it is touted as a "minimal addition to GR which can handle spin".

Wiki , for example, claims that torsion is required to properly handle spin. GR assumes there is no torsion.

In the ECKS theory the torsion apparently doesn't propagate as a field but is just carried around by the spinning matter. The gravitational effects of this torsion also apparently prevent the formation of singularities by "the dirac field", which I take to be by fermions. See http://arxiv.org/pdf/0910.1181.pdf

You might get better answers in the "beyond the standard model" forum, because your interests are outside of classical GR. ECKS is just one of a broad range of non-GR theories. ECKS theory is very difficult to distinguish from GR experimentally, but it makes some significantly different predictions about what happens inside singularities.

Thanks for your responses. Very informative. In searching "plank density" I came across an interesting article that proposes, when taking quantum mechanics into account, a black hole never forms an actual event horizon. Only an apparent one. At the center a plank star forms which is eventually revealed after the (apparent?) black hole radiates away due to Hawking Radiation.

But my interest in a hypothetical explosion inside a black hole might still be relevant and its energy would be predictable according to General Relativity.

From my understanding, when a star uses up its fuel it collapses. Due to the Pauli Exclusion Principle (particles of half-integer spin can't occupy the same quantum state simultaneously - essentially the same space) the collapse of low mass stars is halted due to electron degeneracy producing white dwarfs. With medium mass stars, neutron degeneracy halts the collapse forming a neutron star.

From here, I surmise, black hole theory is based on the concept that there is no further degeneracy pressure that can halt the collapse. So a black hole will form. And according to the Penrose Singularity Theorem, all objects inside the event horizon will fall to the center which is a singularity.

I hypothesize an exotic matter degeneracy pressure that can halt a star's collapse inside its event horizon, producing a core that is smaller than its black hole. It should be theoretically possible given the entire universe was once smaller than the size of an atom!

So say a 10-solar-mass star collapses to the size of a beach ball (30 cm radius.) The size of its black hole would be about 30 km in radius (Swartzchild Radius.) From the reference frame of the hypothetical core, the speed of in-falling particles should be near the speed of light. So what would their relativistic gamma (Lorentz factor) be? (That would, of course, indicate the amount of kinetic energy released in the collision.)

What would gamma be if the core was the size of an atom? (About 300 pm radius.)