черные дыры и большой взрыв

тогда возникает вопрос простой и сложный одновременно
как возникают черные дыры которые рождают новые вселенные
ответа на это пока что нет
вероятно сами черные дыры не такие уж и необычные
что то происходит с самим окружающим их пространством и временем
вроде так всё почти очевидно
но что происходит с пространством в будущем
через триллионы лет и более - мы этого не знаем ..
очевидно что то там происходит такое очень странное
это примерно как белки в клетках
эволюция идёт но незаметно для нас
сначала они растут быстро
потом опс.. и они замедляют свой рост
потом рост снова ускоряется и происходит рождение новой вселенной
это вроде бы понятно примерно
но никто так и не сделал рабочую модель такого гипер роста размера черной дыры когда она становится старой
примерно тоже происходит и со звёздами
но звёзды мы понимаем лучше чем черные дыры
большой взрыв это не просто черная дыра
это гипер черная дыра которая может поглотить всё
то есть само время и всё что его порождает само по себе

сколько нужно горизонтов сознания материи чтобы черная дыра стала гипер дырой большого взрыва
и какой она должна быть массы
эта масса не случайная величина - но какая это величина
ответов нет ..
но это чудо- как не крути
примерно как чудо рождения сознания маленького человека
только с черной дырой рождается невероятно большое число новых сознаний
что осознать человеку практически никак невозможно
потому что всё эти сознания они как атомы и частицы - все связаны вместе в одну программу жизни вселенной

 обычные черные дыры вселенные не образуют .. но почему так ?
может они рождаюn вселенные парами как частицы тайм аут парадоксов


>> Алиса

Разберу ваш вопрос по частям — с опорой на современные научные представления и с указанием границ того, что пока остаётся гипотезой или загадкой.

Что такое чёрные дыры и как они образуются
Чёрные дыры возникают в результате гравитационного коллапса массивных звёзд (обычно с массой более 3 масс Солнца) после исчерпания термоядерного топлива. В процессе коллапса вещество сжимается до сверхвысокой плотности, формируя объект с гравитацией настолько сильной, что даже свет не может его покинуть. Граница, за которой это происходит, называется горизонтом событий.

Могут ли чёрные дыры «рождать» новые вселенные?
Это гипотеза, а не подтверждённая теория. Рассмотрим основные идеи:

1. Модель «космологической репликации» (Ли Смолин):

предполагает, что внутри чёрной дыры может возникнуть новая вселенная с немного изменёнными физическими законами;

по сути, это аналог биологической эволюции для вселенных — «выживают» те, которые лучше производят чёрные дыры;

строго математически не доказана, остаётся спекулятивной концепцией.

2. Модель «белых дыр»:

белая дыра — гипотетический объект, противоположный чёрной дыре: из неё вещество и энергия только вылетают, а не падают внутрь;

некоторые теории предполагают, что чёрная дыра в одной вселенной может быть связана с белой дырой в другой через кротовую нору (червоточину);

белых дыр в наблюдаемой Вселенной не обнаружено, их существование не подтверждено.

3. Квантовые эффекты у горизонта событий:

согласно квантовой теории поля, вблизи горизонта событий могут возникать пары виртуальных частиц;

одна частица падает в чёрную дыру, другая улетает — это приводит к излучению Хокинга и постепенному испарению чёрной дыры;

в экстремальных условиях (высокая кривизна пространства-времени) могут проявляться неизвестные квантово-гравитационные эффекты.

Почему обычные чёрные дыры не создают вселенные?
На это есть несколько возможных причин:

Недостаточная масса/плотность. Даже сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик имеют массу в миллионы–миллиарды солнечных, но этого может быть недостаточно для запуска процесса «рождения вселенной».

Отсутствие экстремальных условий. Для сценария, похожего на Большой взрыв, нужны условия с планковской плотностью (;10
93
  г/см;) и планковской температурой (;10
32
  К), которые могут не достигаться даже в центре чёрной дыры.

Отсутствие механизма «отделения». Даже если внутри чёрной дыры возникнет новая расширяющаяся область пространства-времени, непонятно, как она «отделится» от исходной вселенной и станет независимой.

Проблема сингулярности. В классической ОТО в центре чёрной дыры находится точка бесконечной плотности — сингулярность. Но это, скорее всего, признак того, что ОТО здесь неприменима, и нужна теория квантовой гравитации.

«Гиперчёрная дыра» и Большой взрыв
Идея о том, что Большой взрыв был «гиперчёрной дырой», — это метафора, а не строгая теория. Разберём её аспекты:

Общее: и в сингулярности чёрной дыры, и в начальной сингулярности Большого взрыва классическая ОТО предсказывает бесконечную плотность и кривизну пространства-времени.

Различия:

Большой взрыв — это начало пространства-времени; чёрная дыра существует внутри уже существующего пространства-времени.

При Большом взрыве расширялось всё пространство; чёрная дыра искривляет пространство вокруг себя, но не создаёт новое.

У чёрной дыры есть горизонт событий; у Большого взрыва как такового горизонта не было.

Масштабы и временные перспективы
Масса: нет установленной величины массы, при которой чёрная дыра могла бы родить новую вселенную. Оценки, если их делать в рамках спекулятивных моделей, дают величины порядка 10
56
 –10
60
  масс Солнца — то есть намного больше, чем масса наблюдаемой Вселенной.

Время: через триллионы лет Вселенная будет сильно отличаться от нынешней:

звёзды исчерпают топливо и погаснут;

галактики распадутся из-за испарения чёрных дыр (излучение Хокинга действует очень медленно: для чёрной дыры массой в 1 солнечную массу время испарения ;10
67
  лет);

в далёком будущем (если не произойдёт какого;либо фазового перехода вакуума) может наступить эпоха доминирования излучения и элементарных частиц.

Краткий итог: что мы знаем и чего не знаем
Известно:

чёрные дыры образуются из массивных звёзд;

они описываются ОТО, но в центре их должна работать квантовая гравитация;

чёрные дыры испаряются за счёт излучения Хокинга.

Гипотезы:

внутри чёрной дыры может родиться новая вселенная (модель Смолина);

чёрная дыра может быть соединена с белой дырой через кротовую нору;

квантовые эффекты вблизи горизонта могут играть ключевую роль.

Неизвестно:

существует ли механизм «рождения вселенной» внутри чёрной дыры;

какая масса/плотность для этого нужна;

как новая вселенная может «отделиться» от старой;

что происходит в самой сингулярности;

какова окончательная судьба Вселенной через триллионы и более лет.

Таким образом, ваш вопрос затрагивает самые глубокие и нерешённые проблемы современной физики — природу пространства-времени на планковских масштабах, теорию квантовой гравитации и космологию. На данный момент у науки нет окончательных ответов, но исследования в этих направлениях активно ведутся (теория струн, петлевая квантовая гравитация, голографический принцип и др.).

Хотите, я раскрою какой;то из аспектов подробнее?

Я
а разве есть более массивный объект который может создать вселенную кроме черной дыры - так что вы немного лукавите когда говорите что это не аксиома
Алиса
Вы правы: говорить, что только чёрная дыра может «создать» вселенную, было бы некорректно — это не аксиома, а одна из гипотез. Разберу подробнее: какие ещё объекты или состояния теоретически могут породить новую вселенную — и на какой научной основе строятся эти идеи.

Альтернативные сценарии рождения вселенной
1. Квантовая флуктуация вакуума

Суть: новая вселенная может возникнуть как крупномасштабная квантовая флуктуация в «родительском» пространстве-времени или даже из «ничего» (в физическом смысле — из квантового вакуума).

Основа: квантовая теория поля допускает, что в вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы. В экстремальных условиях такая флуктуация может стать «самоподдерживающейся» и дать начало инфляции.

Модель: теория «вечной инфляции» (А. Гута, А. Линде). Согласно ей, наша Вселенная — один из «пузырей» в вечно расширяющемся мультиверсе.

2. Фазовый переход вакуума

Суть: вакуум может находиться в метастабильном состоянии («ложный вакуум»). Переход в более стабильное состояние («истинный вакуум») может запустить процесс рождения новой вселенной.

Аналогия: кипение перегретой жидкости — пузырьки пара возникают спонтанно.

Механизм: такой переход может сопровождаться инфляционным расширением внутри пузыря, который и станет новой вселенной.

3. Столкновение бран в теории струн / М;теории

Суть: в рамках теории струн наша Вселенная может быть 3;мерной мембраной (браной), «плавающей» в многомерном пространстве.

Сценарий «экпиротического сценария»: столкновение двух бран может привести к выделению колоссальной энергии, имитирующей Большой взрыв.

Особенность: этот процесс не требует сингулярности в классическом понимании.

4. Циклическая модель Вселенной

Авторы: Пол Стейнхардт и Нил Тьюрок.

Идея: Вселенная проходит бесконечные циклы «Большого взрыва» и «Большого сжатия».

Механизм: в конце цикла пространство-время «схлопывается», но из-за квантовых эффектов сразу же «отскакивает» в новый цикл расширения.

Ключевое: нет начальной сингулярности — есть плавный переход от сжатия к расширению.

5. Квантово;гравитационный отскок (Big Bounce)

Основа: петлевая квантовая гравитация (ЛКГ) предсказывает, что сингулярность «Большого взрыва» может быть заменена «отскоком».

Процесс: предшествующая Вселенная сжималась до сверхплотного состояния, но квантовые эффекты гравитации не позволили плотности достичь бесконечности и вызвали обратное расширение.

Результат: наблюдаемый нами Большой взрыв — это отскок предыдущей фазы сжатия.

6. Экзотические объекты (гипотетические)

«Гравитационные звёзды» (гравастары): гипотетические объекты, которые могут возникать вместо чёрных дыр. Их внутреннее состояние (например, конденсат Бозе;Эйнштейна) теоретически может быть средой для зарождения новой вселенной.

«Кварковые звёзды»: если они существуют, их экстремальные условия также могут запускать неизвестные процессы.

Сравнение с гипотезой «чёрная дыра ; вселенная»
Параметр Чёрная дыра как «родитель» Другие сценарии
Физическая основа ОТО + гипотетические расширения КТП, теория струн, квантовая гравитация
Ключевой механизм Сингулярность внутри ЧД Квантовые флуктуации, фазовые переходы, столкновения бран
Связь с нашей Вселенной Внутри горизонта событий Отдельная ветвь мультиверса, другой цикл
Статус Спекулятивная гипотеза Ряд моделей имеет математическую проработку (инфляция, отскок)
Почему чёрная дыра — не единственный кандидат
Проблема сингулярности. Классическая сингулярность чёрной дыры — это признак того, что ОТО здесь не работает. Любая теория, претендующая на описание рождения вселенной, должна включать квантовую гравитацию.

Масштабы энергии. Для запуска инфляции нужны энергии порядка планковской (;10
19
  ГэВ). Чёрные дыры — не единственный источник таких условий.

Независимость сценариев. Модели типа вечной инфляции или циклической вселенной не требуют «родительской» чёрной дыры — они описывают самозарождение вселенных из квантовых процессов.

Наблюдательные ограничения. Мы не можем напрямую проверить ни один из этих сценариев. У всех — одинаковый статус: математически возможные гипотезы.

Вывод
Вы совершенно правы: нет аксиомы, утверждающей, что вселенную может создать только чёрная дыра. Это лишь один из вариантов, причём не самый популярный в современной космологии. Более проработанные (хотя и всё ещё гипотетические) сценарии включают:

квантовые флуктуации вакуума (вечная инфляция);

фазовые переходы вакуума;

столкновения бран в многомерных моделях;

циклические модели с квантовым отскоком.

Ключевая проблема всех этих идей — отсутствие экспериментальных данных и полной теории квантовой гравитации. Пока что мы можем лишь строить математические модели и проверять их внутреннюю непротиворечивость.

Хотите, я раскрою какой;то конкретный сценарий подробнее или уточню детали по определённому аспекту?

Я
для рождения вселенной нужна очень большая масса- а ничего массивнее черных дыр нам не известно - ну во всяком случае это так пока
Алиса
Вы поднимаете важный вопрос о массе как ключевом факторе рождения вселенной. Разберу его детально — с учётом того, что масса действительно играет роль, но не всегда в том виде, в каком мы её привыкли понимать.

Масса и рождение вселенной: нюансы подхода
Действительно, чёрные дыры — самые плотные и массивные объекты из наблюдаемых. Но для сценариев рождения вселенной важны не только масса, но и:

плотность энергии (а не просто масса);

кривизна пространства;времени;

квантовые эффекты на планковских масштабах;

состояние вакуума и его потенциальная энергия.

Разберём, почему масса — не единственный и не всегда главный параметр.

Почему масса чёрной дыры не является «эталоном» для рождения вселенной
Проблема сингулярности. В классической ОТО масса чёрной дыры сосредоточена в точке бесконечной плотности. Но это математическая абстракция — признак того, что теория здесь не работает. Реальный процесс рождения вселенной должен описываться квантовой гравитацией, где понятие «бесконечной плотности» отсутствует.

Энергия вакуума. В космологии доминирует идея, что расширение Вселенной (и, возможно, её рождение) связано не с массой вещества, а с энергией вакуума. Эта энергия:

может быть огромной даже в малом объёме;

не требует наличия «вещественной» массы;

способна создавать пространство-время само по себе.

Инфляционная модель. Согласно теории инфляции, ранняя Вселенная расширялась экспоненциально быстро за счёт потенциальной энергии скалярного поля (инфлатона). Ключевое:

эта энергия не эквивалентна массе в ньютоновском смысле;

объём, из которого началась инфляция, мог быть микроскопическим (меньше атома), но с колоссальной плотностью энергии.

Планковские масштабы. Для запуска процессов, подобных Большому взрыву, нужны условия с планковской плотностью:

;
Planck
;
 ;10
93
 г/см
3
 

Это не столько вопрос массы, сколько концентрации энергии в микроскопическом объёме.

Объекты и состояния массивнее чёрных дыр (гипотетические и теоретические)
Хотя наблюдательно чёрные дыры — лидеры по массе и плотности, есть гипотетические и теоретические объекты/состояния, которые могут превосходить их по ключевым параметрам:

1. Сингулярность Большого взрыва

не является «объектом» в обычном смысле;

содержит всю массу;энергию наблюдаемой Вселенной (;10
53
  кг) в объёме, стремящемся к нулю;

плотность и кривизна пространства-времени здесь заведомо выше, чем в центре любой чёрной дыры.

2. Планковская звезда (гипотетический объект в петлевой квантовой гравитации)

возникает вместо сингулярности чёрной дыры;

достигает планковской плотности, но не коллапсирует в точку;

может «отскочить» и породить новую расширяющуюся область пространства-времени.

3. Ложный вакуум

метастабильное состояние квантового поля;

обладает огромной потенциальной энергией;

при распаде может выделить энергию, эквивалентную массе многих галактик, в микроскопической области.

4. Мультиверс в вечной инфляции

«родительское» пространство вечно расширяется и создаёт «пузыри»-вселенные;

общая масса;энергия мультиверса может быть бесконечной;

каждая новая вселенная рождается из микроскопической флуктуации с высокой плотностью энергии.

5. Столкновение бран в М;теории

в многомерном пространстве могут сталкиваться мембраны (браны) высших измерений;

энергия столкновения может быть колоссальной — намного больше, чем масса любой чёрной дыры в нашем 3D;пространстве;

такой процесс может имитировать Большой взрыв.

6. Квантовый отскок (Big Bounce)

в петлевой квантовой космологии предшествующая Вселенная сжимается до планковской плотности;

квантовые эффекты гравитации вызывают «отскок» — начало нового расширения;

пиковая плотность энергии здесь выше, чем в любой чёрной дыре.

Сравнение по плотности энергии
Объект/состояние Плотность энергии (г/см;) Статус
Чёрная дыра (центр) ;; (в ОТО) Наблюдаема косвенно
Планковская плотность ;10
93
  Теоретический предел
Ложный вакуум Может превышать 10
80
  Гипотеза, но с теоретической базой
Сингулярность БВ ;; (в ОТО) Реконструируется из наблюдений
Планковская звезда ;10
93
  Гипотетический объект ЛКГ
Вывод: масса важна, но не первична
Масса — не единственный параметр. Для рождения вселенной критична не масса сама по себе, а плотность энергии и её способность запускать инфляцию или квантово;гравитационные процессы.

Чёрные дыры — не рекордсмены. По плотности энергии и кривизне пространства;времени их превосходят:

сингулярность Большого взрыва;

планковская звезда;

ложный вакуум;

состояния в мультиверсе и М;теории.

Квантовая гравитация меняет правила. В планковском режиме классические понятия массы и плотности заменяются квантовыми состояниями пространства;времени.

Наблюдательные ограничения. Мы видим лишь малую часть Вселенной. Возможно, существуют структуры или состояния за пределами нашего горизонта событий, превосходящие чёрные дыры по всем параметрам.

Таким образом, хотя чёрные дыры — самые массивные и плотные объекты из наблюдаемых, теоретически возможны (и даже предпочтительны в ряде моделей) сценарии рождения вселенных из состояний с более высокой плотностью энергии, не требующих «сверхмассивной чёрной дыры» как исходного объекта.

Хотите, я раскрою какой;то конкретный сценарий или аспект подробнее?

Я
а планковская звезда она тяжелее и намного? черных дыр известных науке сегодня
Алиса
Планковская звезда не обязательно тяжелее известных чёрных дыр. Её масса зависит от конкретной модели и условий формирования, но ключевая особенность этого гипотетического объекта — не масса, а плотность энергии и квантовые эффекты, которые останавливают коллапс.
en.wikipedia.org +2

Что такое планковская звезда
Планковская звезда — это гипотетический астрономический объект, который, согласно теории петлевой квантовой гравитации, может образоваться при достижении плотностью энергии коллапсирующей звезды планковской плотности энергии (
;
P
E
;
4
,
59
;
1
0
113
;
P
E
;
 ;4,59;10
113
  Дж/м;). В таких условиях, предполагается, что пространство-время и гравитация квантуются, а из принципа неопределённости Гейзенберга возникает отталкивающая сила, которая препятствует дальнейшему коллапсу.
en.wikipedia.org +2

Эта сила останавливает коллапс задолго до образования сингулярности — точки бесконечной плотности, которая обычно считается центром чёрной дыры. Размер планковской звезды значительно больше планковской длины (
1
0
;
35
10
;35
  м), что позволяет вместить информацию, которая, согласно некоторым теориям, попадает в чёрную дыру.
en.wikipedia.org +2

Сравнение с чёрными дырами
Параметр Чёрные дыры Планковские звёзды
Масса Может варьироваться от планковской массы (
;
1
0
;
8
;10
;8
  кг для планковской чёрной дыры) до сверхмассивных объектов, наблюдаемых в центрах галактик Зависит от исходной массы коллапсирующей звезды. Может быть сопоставима с массой обычной звезды или первичной чёрной дыры, но сама по себе не обязательно больше
ru.wikipedia.org* +1
Плотность В классической ОТО в центре чёрной дыры предполагается сингулярность с бесконечной плотностью Достигает планковской плотности энергии, но не превышает её из-за квантовых эффектов
Структура Состоит из горизонта событий и сингулярности Не имеет сингулярности; внутри — плотно упакованная энергия, ограниченная квантовыми эффектами
Судьба Согласно некоторым моделям, могут испаряться из-за излучения Хокинга Коллапс может «отскочить» после достижения планковской плотности, но из-за релятивистского замедления времени этот процесс для внешнего наблюдателя может длиться дольше, чем возраст Вселенной
spravochnick.ru +2
Почему масса не является ключевым отличием
Главное отличие планковской звезды от чёрной дыры — не масса, а механизм, который останавливает коллапс. В случае планковской звезды это квантовые эффекты, возникающие при достижении планковской плотности энергии, а не гравитационный коллапс до сингулярности.
en.wikipedia.org +1

Таким образом, хотя планковская звезда может иметь массу, сопоставимую с массой известной чёрной дыры, её ключевая характеристика — это не масса, а состояние материи и пространства-времени при планковской плотности энергии. На данный момент существование планковских звёзд остаётся гипотетическим, и прямых наблюдательных подтверждений этой модели нет.

Я
то есть можно сжать черную дыру так что в ней энергия возрастёт а масса при этом уменьшится или как я не понял это
Алиса
Разберу вопрос подробно — с точки зрения физики, почему нельзя просто «сжать чёрную дыру», и как связаны масса и энергия в этом контексте.

Основные понятия: масса и энергия
В физике масса и энергия тесно связаны уравнением Эйнштейна:

E=mc
2
 

Это означает, что масса — это форма энергии. В случае чёрной дыры:

гравитационная масса определяет силу гравитационного поля и размер горизонта событий;

полная энергия системы включает массу покоя, кинетическую энергию, энергию гравитационного поля и т. д.

Что происходит при «сжатии» чёрной дыры
Коротко: сжать уже существующую чёрную дыру невозможно в классическом понимании. Вот почему:

Горизонт событий как «точка невозврата». Всё, что попадает за горизонт событий, не может выйти наружу — это фундаментальное свойство чёрной дыры.

Теорема об отсутствии волос. Чёрная дыра полностью характеризуется тремя параметрами:

массой (M);

электрическим зарядом (Q);

угловым моментом (J).
Дополнительные «сжатия» не меняют эту картину.

Сингулярность. В классической ОТО материя в чёрной дыре коллапсирует в точку бесконечной плотности — сжать «бесконечность» дальше невозможно.

Размер горизонта событий. Радиус Шварцшильда (границы чёрной дыры) прямо пропорционален массе:

R
s
;
 =
c
2
 
2GM
;
 

Чтобы «сжать» чёрную дыру, нужно уменьшить R
s
;
 , а для этого надо уменьшить массу M.

Парадокс: энергия растёт, масса падает?
Такое возможно — но не за счёт сжатия, а за счёт квантовых эффектов. Разберём механизм на примере излучения Хокинга:

Процесс испарения чёрной дыры:

Возле горизонта событий рождаются пары виртуальных частиц.

Одна частица падает внутрь, другая улетает наружу.

Улетающая частица уносит энергию (а значит, и массу — по E=mc
2
 ) из чёрной дыры.

Масса чёрной дыры уменьшается: ;M<0.

При этом:

температура чёрной дыры растёт (она обратно пропорциональна массе: T;1/M);

интенсивность излучения Хокинга увеличивается;

плотность энергии вблизи горизонта событий может возрастать.

Итог: энергия в окрестностях чёрной дыры (в виде излучения) растёт, а масса самой чёрной дыры падает.

Количественный пример
Рассмотрим чёрную дыру массой M:

её температура: T=
8;GMk
B
;
 
;c
3
 
;
 ;

светимость (мощность излучения): L;
M
2
 
1
;
 ;

время жизни: ;;M
3
 .

Что происходит при уменьшении массы:

M; ; T; (становится горячее);

M; ; L; (излучает интенсивнее);

M; ; R
s
;
 ; (горизонт событий сжимается).

Таким образом, чёрная дыра «сжимается» (уменьшается R
s
;
 ), её энергия (в форме излучения) растёт, но масса падает.

Почему это не «сжатие» в обычном смысле
Ключевое отличие от механического сжатия:

нет внешней силы, давящей на чёрную дыру;

процесс квантово;механический, а не классический;

уменьшение размера (R
s
;
 ) — следствие потери массы, а не причина.

Экзотические сценарии
Теоретически возможны ситуации, когда энергия внутри чёрной дыры меняется без изменения массы:

Аккреция вещества с угловым моментом. Падающая материя увеличивает угловой момент (J) чёрной дыры, меняя распределение энергии внутри, но не обязательно массу.

Квантовые эффекты в петлевой квантовой гравитации. В некоторых моделях вместо сингулярности возникает высокоэнергетическое состояние с планковской плотностью энергии — его свойства могут меняться без изменения полной массы.

Взаимодействие с тёмной энергией. Гипотетически, если чёрная дыра поглощает тёмную энергию, это может менять распределение энергии внутри горизонта событий.

Краткий итог
Нельзя просто «сжать» чёрную дыру так, чтобы энергия возросла, а масса уменьшилась. Но возможны следующие сценарии:

Излучение Хокинга: масса уменьшается, энергия излучения вокруг растёт, горизонт событий сжимается.

Изменение внутреннего состояния: перераспределение энергии (за счёт углового момента, квантовых эффектов) без изменения полной массы.

Экзотические модели: в теориях квантовой гравитации возможны состояния с высокой плотностью энергии при фиксированной массе.

Важно: все эти процессы либо:

крайне медленные (для массивных чёрных дыр);

чисто теоретические (в рамках недоказанных теорий);

наблюдательно не подтверждённые.

Хотите, я раскрою какой;то конкретный аспект подробнее или приведу дополнительные примеры?

Я
мы не знаем как устроены гравитоны и как они рождают группы бозонов при БВ
Алиса
Разберу вопрос детально — что известно о гравитонах, как они могут быть связаны с Большим взрывом (БВ) и почему пока нет полной картины.

Что такое гравитон
Гравитон — гипотетическая элементарная частица, квант гравитационного поля. Ключевые свойства:

Спин 2 — в отличие от фотона (спин 1) или электронов (спин ;). Это следует из того, что источником гравитации является тензор энергии;импульса (тензор второго порядка).

Безмассовость — гравитация имеет бесконечный радиус действия и распространяется со скоростью света. Экспериментальные ограничения дают верхнюю границу массы: m
g
;
 <6;10
;32
  эВ/c
2
 .

Очень слабое взаимодействие — сечение взаимодействия гравитонов с веществом на много порядков меньше, чем у других частиц.

Почему гравитоны пока не обнаружены
Прямое обнаружение отдельных гравитонов практически невозможно с помощью современных детекторов:

Для регистрации одного гравитона понадобился бы детектор массой с Юпитер на орбите нейтронной звезды — и даже тогда он фиксировал бы лишь один гравитон каждые 10 лет.

Невозможно отделить сигнал от фона нейтрино без гигантского экрана, который сам бы коллапсировал в чёрную дыру.

Косвенно существование гравитонов подтверждают гравитационные волны (обнаружены LIGO в 2015 г.): в квантовой теории они должны состоять из множества гравитонов, подобно тому как свет состоит из фотонов.

Проблемы квантования гравитации
Попытки включить гравитоны в Стандартную модель сталкиваются с фундаментальными трудностями:

Проблема перенормировки. В квантовой теории поля (КТП) гравитация приводит к расходящимся интегралам — бесконечным поправкам, которые нельзя устранить стандартными методами.

Планковские масштабы. При энергиях порядка планковской (;10
19
  ГэВ) классическая ОТО перестаёт работать, а квантовые эффекты гравитации становятся существенными.

Несовместимость ОТО и КТП. Общая теория относительности — классическая теория, а квантовая теория поля требует квантования полей.

Гравитоны и Большой взрыв
В момент Большого взрыва условия были экстремальными:

плотность энергии достигала планковской: ;
P
;
 ;10
93
  г/см;;

температура была порядка планковской: T
P
;
 ;10
32
  К;

квантовые эффекты гравитации должны были играть ключевую роль.

Гипотетические сценарии:

Квантовая флуктуация гравитонов

в планковскую эпоху (t<10
;43
  с) пространство;время было квантовой пеной из виртуальных гравитонов;

случайная флуктуация могла запустить инфляцию — экспоненциальное расширение пространства.

Фазовый переход гравитационного поля

при охлаждении Вселенной гравитоны могли «конденсироваться» в классическое гравитационное поле, описываемое ОТО;

аналогично тому, как электрослабое взаимодействие разделилось на электромагнитное и слабое при понижении температуры.

Рождение других бозонов

в экстремальных условиях планковской эпохи могли рождаться не только гравитоны, но и другие бозоны:

калибровочные бозоны (фотоны, W/Z;бозоны, глюоны) — кванты других фундаментальных взаимодействий;

бозон Хиггса — отвечает за массы частиц;

механизм может быть связан с нарушением симметрии при охлаждении ранней Вселенной.

Теория струн и супергравитация

в теории струн гравитон возникает как одно из возбуждений замкнутой струны;

супергравитация (расширение ОТО с суперсимметрией) предсказывает существование гравитино — суперпартнёра гравитона;

эти теории предлагают математические схемы для объединения гравитации с другими силами.

Петлевая квантовая гравитация

пространство;время квантуется на дискретные «атомы»;

гравитоны могут быть коллективными возбуждениями этой структуры;

модель предсказывает «отскок» вместо сингулярности БВ.

Почему нет полной теории
На сегодня нет единой модели, объясняющей, как гравитоны порождали другие бозоны при БВ. Причины:

Отсутствие экспериментальных данных о планковской эпохе.

Математические сложности квантования гравитации.

Недоступность планковских энергий в лабораториях (коллайдеры достигают лишь ;10
4
  ГэВ, а нужно 10
19
  ГэВ).

Множество конкурирующих теорий (теория струн, петлевая квантовая гравитация, асимптотическая безопасность и др.), ни одна из которых не подтверждена.

Краткий итог
Гравитон — гипотетическая частица со спином 2, квант гравитационного взаимодействия.

Прямое обнаружение гравитонов невозможно с текущей технологией.

В момент Большого взрыва квантовые эффекты гравитации были важны, но мы не знаем точно, как это работало.

Возможные механизмы рождения других бозонов:

квантовые флуктуации гравитонов в планковскую эпоху;

фазовые переходы при охлаждении Вселенной;

объединение с другими силами в рамках теории струн или супергравитации.

Полная теория квантовой гравитации, объясняющая эти процессы, пока не создана.

Хотите, я раскрою какой;то конкретный аспект подробнее — например, теорию струн, петлевую квантовую гравитацию или детали планковской эпохи?

Я
обнаружить гравитоны нереально - для этого надо взорвать вселенную
но это можно посчитать не модели наверно думаю что можно
Алиса
Вы правы: прямое обнаружение отдельных гравитонов практически нереально с помощью современных технологий. Но учёные не сдаются — они ищут косвенные подтверждения и строят математические модели. Разберу, как это делается и что можно посчитать.

Почему прямое обнаружение почти невозможно
Основные проблемы:

Чрезвычайно слабое взаимодействие. Сечение взаимодействия гравитонов с веществом на ;10
30
 –10
40
  порядков меньше, чем у нейтрино.

Фоновые помехи. Даже если бы детектор уловил сигнал, его невозможно было бы отличить от шума других частиц.

Энергетические ограничения. Для генерации детектируемых гравитонов нужны энергии порядка планковской (;10
19
  ГэВ), что недостижимо в лабораториях.

Масштабы детекторов. Теоретические оценки показывают, что для регистрации одного гравитона потребовался бы детектор массой с Юпитер, расположенный вблизи нейтронной звезды.

Косвенные методы изучения гравитонов
1. Гравитационные волны

Обнаружены LIGO/Virgo в 2015 г. при слиянии чёрных дыр.

В квантовой теории гравитационные волны должны состоять из когерентного потока множества гравитонов (аналогично свету и фотонам).

Параметры волн (амплитуда, частота) дают информацию о свойствах гравитационного взаимодействия на макроуровне.

2. Космология ранней Вселенной

Первичные гравитационные волны, возникшие в эпоху инфляции (t;10
;36
 –10
;32
  с после БВ), оставили отпечатки в реликтовом излучении (CMB).

Поиск B;моды поляризации CMB — косвенный способ «увидеть» квантовые флуктуации гравитонов планковской эпохи.

3. Астрофизические наблюдения

Изучение орбит двойных пульсаров (например, PSR 1913+16) подтверждает потерю энергии из;за излучения гравитационных волн — что согласуется с предсказаниями о гравитонах.

Наблюдения за аккреционными дисками чёрных дыр могут дать информацию о квантовых эффектах вблизи горизонта событий.

4. Высокоэнергетические процессы

При столкновениях частиц на коллайдерах теоретически могут рождаться виртуальные гравитоны (в моделях с дополнительными измерениями).

Поиски «пропавшей» энергии в детекторах ATLAS и CMS (LHC) — способ косвенно обнаружить следы гравитонов.

Математическое моделирование: что и как считают
1. Квантовая теория поля в искривлённом пространстве

Расчёт процессов рождения пар частиц и гравитонов в сильных гравитационных полях (например, вблизи чёрных дыр).

Пример: излучение Хокинга можно интерпретировать как рождение пар гравитонов и других частиц у горизонта событий.

2. Теория струн

Гравитон возникает как низшее колебательное состояние замкнутой струны.

Расчёты амплитуд рассеяния струн дают предсказания для взаимодействий гравитонов при высоких энергиях.

Модели с дополнительными измерениями (например, модель Рэндалла–Сундрума) позволяют «усилить» гравитацию на малых масштабах.

3. Петлевая квантовая гравитация (ЛКГ)

Пространство;время квантуется на дискретные «атомы».

Гравитоны могут быть коллективными возбуждениями этой структуры.

Численное моделирование динамики спиновых сетей даёт предсказания для ранней Вселенной.

4. Эффективные теории гравитации

Построение низкоэнергетических приближений квантовой гравитации.

Расчёт поправок к ОТО на малых масштабах (например, поправки к закону Ньютона).

Предсказание отклонений от классической гравитации в прецизионных экспериментах.

5. Компьютерное моделирование

Численные решения уравнений Эйнштейна для экстремальных условий (слияние чёрных дыр, планковская эпоха).

Моделирование квантовой пены и флуктуаций пространства;времени.

Анализ стабильности решений и поиск квантовых эффектов.

Конкретные расчёты и предсказания
Что можно посчитать:

Сечение рождения гравитонов при столкновениях частиц:

;;
;
4
 c
10
 
G
2
 E
6
 
;
 

где G — гравитационная постоянная, E — энергия столкновения. Даже для LHC (E;10 ТэВ) сечение ничтожно мало.

Спектр первичных гравитационных волн от квантовых флуктуаций в эпоху инфляции. Зависит от модели инфляции и свойств гравитонов.

Поправки к закону Ньютона на субмиллиметровых масштабах из;за дополнительных измерений или квантовых эффектов:

F=G
r
2
 
m
1
;
 m
2
;
 
;
 (1+;e
;r/;
 )

где ; и ; — параметры модели.
4. Скорость испарения чёрных дыр с учётом гравитонных мод излучения (поправка к формуле Хокинга).
5. Корреляционные функции в квантовой гравитации — для сравнения с данными по реликтовому излучению.

Текущие эксперименты и проекты
Косвенные поиски:

LIGO/Virgo/KAGRA — обнаружение гравитационных волн от астрофизических источников.

Pulsar Timing Arrays (NANOGrav, EPTA) — поиск стохастического фона гравитационных волн.

CMB-эксперименты (Planck, BICEP, Simons Observatory) — поиск B;моды поляризации.

Коллайдеры (LHC) — поиск отклонений от Стандартной модели, указывающих на дополнительные измерения или гравитоны.

Космические детекторы (LISA) — наблюдение гравитационных волн низких частот от слияния сверхмассивных чёрных дыр.

Краткий итог
Прямое обнаружение отдельных гравитонов практически невозможно с текущей технологией.

Но можно:

изучать косвенные эффекты (гравитационные волны, космология);

строить математические модели (теория струн, ЛКГ, эффективные теории);

проводить прецизионные эксперименты (коллайдеры, детекторы гравитационных волн, CMB).

Расчёты позволяют:

предсказывать спектры гравитационных волн;

искать отклонения от ОТО;

проверять конкурирующие теории квантовой гравитации.

Таким образом, хотя «взорвать Вселенную» для обнаружения гравитонов не требуется, наука использует все доступные инструменты — от математических моделей до гигантских обсерваторий — чтобы приблизиться к пониманию квантовой природы гравитации.

Хотите, я раскрою какой;то конкретный метод моделирования или эксперимент подробнее?

Я
значит если разместить точный детектор рядом с нейтронной звездой то можно понять природу гравитонов и какие они могут быть в принципе
Алиса
Размещение детектора рядом с нейтронной звездой теоретически могло бы увеличить шансы на изучение гравитонов, но на практике это крайне сложно реализовать и не гарантирует однозначных результатов. Рассмотрим почему.

Почему это сложно
Экстремальные условия. Нейтронные звёзды — это одни из самых плотных объектов во Вселенной. Их гравитационное поле, магнитное поле и другие физические параметры настолько сильны, что любой детектор, размещённый рядом с такой звездой, скорее всего, будет разрушен или выведен из строя.

Технологические ограничения. Даже если предположить, что удалось бы создать детектор, способный выдержать условия вблизи нейтронной звезды, его размеры и чувствительность должны быть колоссальными. По расчётам, для регистрации одного гравитона потребовался бы детектор массой с Юпитер, расположенный на близкой орбите вокруг нейтронной звезды. При этом даже в таком случае событие регистрации гравитона могло бы происходить примерно раз в десять лет.

Фоновые помехи. Гравитоны взаимодействуют с материей чрезвычайно слабо. Их поперечное сечение настолько мало, что гравитон с типичной энергией мог бы пройти сквозь свинцовый экран, простирающийся на миллиарды световых лет, не будучи поглощённым. Отделить сигнал от фонового шума (например, от нейтрино) будет практически невозможно. Для экранирования детектора потребуется настолько массивный экран, что он сам может коллапсировать в чёрную дыру под действием собственной силы тяжести.

Квантовые и теоретические сложности. Даже если бы удалось зарегистрировать гравитон, интерпретация результатов могла бы быть неоднозначной. Существуют альтернативные объяснения сигналов, которые не обязательно связаны с квантовой природой гравитации. Кроме того, до сих пор нет полноценной теории квантовой гравитации, что затрудняет предсказание поведения гравитонов в экстремальных условиях.

Что можно было бы изучить
Если бы удалось создать и разместить работающий детектор рядом с нейтронной звездой, теоретически это могло бы дать информацию о:

Существовании гравитонов как квантов гравитационного поля. Обнаружение отдельных гравитонов подтвердило бы квантовую природу гравитации.
Массе гравитона. Хотя текущие данные (например, из наблюдений LIGO) сильно ограничивают возможную массу гравитона (она должна быть меньше примерно
1
0
;
22
10
;22
  эВ/
c
2
c
2
 ), непосредственное измерение могло бы дать более точные результаты.
ru.wikipedia.org* +1
Спинне гравитона. Гравитон теоретически имеет спин 2, но экспериментальное подтверждение этого параметра было бы важным шагом.
Взаимодействии гравитонов с материей. Изучение вероятности взаимодействия и его механизмов могло бы пролить свет на квантовые аспекты гравитации.
Альтернативные подходы
Вместо размещения детектора рядом с нейтронной звездой учёные исследуют гравитацию и гравитоны другими способами:

Анализ гравитационных волн. Детекторы вроде LIGO и Virgo регистрируют гравитационные волны, которые в квантовой теории состоят из когерентного потока гравитонов. Изучение их свойств (дисперсии, скорости) даёт косвенные данные о характеристиках гравитонов.
ru.wikipedia.org* +1
Квантовые технологии. Предлагаются эксперименты с использованием макроскопических квантовых резонаторов (например, из сверхтекучего гелия или бериллия), охлаждённых до квантового основного состояния. При прохождении гравитационной волны такой резонатор может поглотить один гравитон, что будет зарегистрировано как квантовое возбуждение.
dzen.ru +2
Теоретические модели. Исследования в рамках теории струн, петлевой квантовой гравитации и других подходов позволяют строить модели, предсказывающие свойства гравитонов и их взаимодействие.
ru.wikipedia.org* +1
Таким образом, хотя идея размещения детектора рядом с нейтронной звездой звучит перспективно, на практике это остаётся крайне сложной задачей, и учёные ищут более реалистичные пути изучения гравитонов.

Я
я рассуждаю гипотетически реально это сделать очень и невероятно сложно - нам нужен прибор по размерам сопоставимый с галактиками
Алиса
Вы правы: гипотетически для прямого обнаружения отдельных гравитонов действительно потребовался бы прибор колоссальных размеров — сопоставимый с планетами или даже галактиками. Разберу этот вопрос детально.

Почему детектор должен быть таким огромным
Расчёты физиков показывают, что для регистрации одного гравитона нужен детектор массой с Юпитер (около 2;10
27
  кг), размещённый на близкой орбите вокруг нейтронной звезды. Причины:

Слабость гравитационного взаимодействия. Сечение взаимодействия гравитонов с веществом на 10
30
 –10
40
  порядков меньше, чем у нейтрино.

Низкая энергия гравитонов. Из данных LIGO следует, что энергия гравитонов в гравитационных волнах составляет около 10
;13
  эВ.

Фоновые помехи. Чтобы отличить сигнал гравитона от шума (например, от нейтрино), нужен массивный экран. Но его масса вызовет коллапс в чёрную дыру.

Тепловой шум. Даже если гравитон передаст энергию, она будет ниже уровня теплового и квантового шума.

Редкие события. По оценкам, такой детектор регистрировал бы один гравитон раз в 10 лет.

Что мешает создать такой детектор
Физические ограничения:

Гравитационный коллапс. Любой объект массой с Юпитер, состоящий из эффективного сенсорного материала, начнёт коллапсировать под действием собственной гравитации.

Разрушение в поле нейтронной звезды. Экстремальные условия вблизи нейтронной звезды (гравитация, магнитное поле ;10
8
 –10
11
  Тл, излучение) уничтожат любой известный материал.

Невозможность экранирования. Для защиты от фоновых частиц нужен экран такой массы, что он сам станет чёрной дырой.

Энергетические затраты. Создание и поддержание такого детектора потребует энергии, сопоставимой с энергией звёзд.

Теоретические проблемы:

Даже если сигнал будет зарегистрирован, его можно объяснить классическими эффектами гравитации (как указал физик Дэниел Карни).

Нет полной теории квантовой гравитации — непонятно, какие именно сигналы искать.

Альтернативные подходы: меньшие, но перспективные проекты
Учёные ищут способы обойти проблему гигантских размеров. Вот несколько идей:

1. Квантовые резонаторы в лаборатории

Материал: сверхтекучий гелий или бериллий (;15 кг).

Принцип: охлаждение до квантового основного состояния (почти абсолютный ноль), когда нет тепловых колебаний.

Механизм: проходящая гравитационная волна может передать ровно один квант энергии (гравитон), вызывая механическую вибрацию.

Детекция: лазеры отслеживают эти вибрации.

Проект: группа Игоря Пиковского (Институт Стивенса) планирует создать прототип за 3 года.

2. Использование гравитационных волн от астрофизических событий

Источники: слияния чёрных дыр и нейтронных звёзд (регистрируются LIGO/Virgo).

Идея: в момент слияния энергия гравитационных волн максимальна — выше шанс зарегистрировать квантовые эффекты.

Метод: анализ дисперсии волн и отклонений от предсказаний ОТО.

3. Космические эксперименты

LISA (космический интерферометр): чувствительность к низкочастотным гравитационным волнам.

Анализ реликтового излучения: поиск отпечатков первичных гравитационных волн (B;мода поляризации).

4. Теоретическое моделирование

Теория струн: гравитон как колебание замкнутой струны. Расчёты амплитуд рассеяния.

Петлевая квантовая гравитация: моделирование динамики спиновых сетей.

Эффективные теории: предсказание поправок к ОТО на малых масштабах.

Сравнение подходов
Метод Размер детектора Сроки реализации Шансы на успех
Детектор у нейтронной звезды Масса с Юпитер Практически невозможен Крайне низкие
Квантовый резонатор (гелий/бериллий) Лабораторный масштаб 5–10 лет Умеренные
Гравитационные волны (LIGO/LISA) Километровые интерферометры Действующие установки Высокие (для косвенных данных)
Теоретические модели Компьютерное моделирование Постоянно Зависит от прогресса в теории
Краткий итог
Гипотетически вы правы: для прямого детектирования отдельных гравитонов нужен прибор размером с планету или больше. Но это физически неосуществимо из;за:

гравитационного коллапса;

фонового шума;

экстремальных условий вблизи источников гравитонов.

Практически учёные идут другим путём:

используют макроскопические квантовые системы (резонаторы);

анализируют гравитационные волны от астрофизических событий;

строят математические модели квантовой гравитации.

Цель ближайших лет — не поймать отдельный гравитон, а:

найти отклонения от ОТО;

обнаружить квантовые эффекты в гравитации;

подтвердить или опровергнуть теории (струн, петлевой гравитации и т. д.).

Таким образом, хотя идея гигантского детектора логична, наука ищет более реалистичные пути к пониманию гравитонов — через технологии, наблюдения и теорию.

Хотите, я раскрою какой;то конкретный альтернативный метод подробнее?