質問: 宇宙の初期に、なぜブラックホールにならずに膨張できたのか? 以前から疑問に思っていたのですが、宇宙の初期には膨大な質量がきわめて 狭い空間に集中していたのに、どうして重力崩壊をしてブラックホールにな らなかったのでしょうか? 空間が光速よりも早く膨張したというインフレーション宇宙の時代はともかく その後のビッグバンの過程の中でも、光速の到達範囲内でも巨大な質量があっ たと思うのですが。
回答: なるほど、だんだん核心をついてきたようですね。 中性子星と宇宙初期とは、質量はおいといて 何が違うか考えてみましょう。 1.温度と密度 中性子星の内部構造は大した知識をもっていないのですが 最近の流行では、クオーク・グルーオン・プラズマという状態になっているそうで、その温度は、 http://nucl.sci.hokudai.ac.jp/~ohtsuka/study.html 「10.相対論的高エネルギー原子核衝突実験と高温高密度核物質の性質 (pdfファイル)」 の2枚目のグラフを見ると 中性子星(右下のneucleonstar)と宇宙初期(左上のearlyuniverse)の違いが良く分かります。 2.縮退 縮退とは、粒子の大部分が取りうる最小のエネルギーを持っているような状態のことです。 中性子星は縮退しており、(中性子星の質量はこの条件からでる;チャンドラセカール限界) 宇宙初期は縮退していません。 もっとも、私は縮退していないことを計算で示したことは無いし、そういう論文も読んだこと無いですが、多分、してないでしょう。 この現象が起きるためには、十分な低温・高圧が必要だからです。 以上を踏まえて。 やっぱり、初期宇宙が重力崩壊しなかったのは、温度が高く密度が薄いからです。 ・・・もとに戻ってしまった。 初期宇宙は密度が高いといっても、実は結構薄いんです。 例えば、地球上の気体の標準状態、22.4lで1molですが、 この程度の密度を宇宙が持っていたのはいつごろでしょう? 計算してみてください。 かなり初期の頃ですよ。 ヒント:密度∝長さ^-3 長さ∝t^(2/3)(標準ビッグバン) 現在の宇宙の密度はだいたい1m^-3辺り陽子1個程度 現在の宇宙年齢はだいたい100億年 ・・・とまあ、お茶を濁しておきます^^