Представим трехмерное равномерно расширяющееся безграничное пространство. Чем дальше обьекты от наблюдателя, тем быстрее они удаляются во все стороны. Через каждый мегапарсек скорость увеличивается примерно на 67 километров в секунду. Поэтому на расстоянии 4470 мегапарсек скорость удаления вплотную приблизится к световой.
На этом месте знающий космолог напомнит, что нельзя так просто по-дилетантски применять Теорию Относительности к разбеганию галактик, и начнет рассказывать, что расширяется само пространство, относительно которого галактики покоятся. Получается, что галактики как бы одновременно движутся и не движутся.
Недоверчивый человек заподозрил бы, что космологи сами чего-то не понимают или морочат голову. Но на самом деле всё гораздо интересней. Есть вариант, в котором галактики расширяющегося пространства действительно одновременно движутся и покоятся.
Поэтому продолжим бесхитростно применять релятивистскую физику и посмотрим, что получится...
Теорию относительности еще никто не отменил, это одна из самых тщательно проверяемых теорий. Поэтому относительно наблюдателя ко всем далеким объектам применима релятивистская физика. Относительно наблюдателя из-за лоренцева сокращения длины все далекие галактики становятся по сути плоскими изображениями на поверхности этой сферы. Своеобразная "небесная твердь"... и по сути действительно нет ничего тверже, чем материя на субсветовой скорости.
Однако, это только относительно той точки где находится наблюдатель, относительно другой точки границы сферы не совпадают.
Относительно наблюдателя всё это выглядит как явное искажение пространства. Где бы он не находился. То есть расширяющаяся Вселенная уже не является однозначно трехмерной с нулевой кривизной, она искажена. Что и требовалось доказать.
Евклидовым называют пространство в котором параллельные прямые не пересекаются, но из-за релятивистских эффектов в расширяющейся Вселенной это не может быть так.
Более того. Из-за все тех же эффектов теории относительности, границы за сферой субстветового удаления являются своеобразным горизонтом событий. Наблюдатель никогда не сможет достичь их, поскольку вовеки не догонит, ведь ему потребовалось бы превысить скорость света. Та же проблема, что и с черной дырой, покидание которой требует невозможного превышения скорости света.
В таком случае Вселенную уже нельзя считать не только плоской, но и бесконечной.
Это еще не все. Относительно наблюдателя вся материя расширяющейся Вселенной на далеком расстоянии имеет невероятно огромную кинетическую энергию, а из-за релятивистских эффектов эта энергия стремится к бесконечности уже на расстоянии 4470 мегапарсек, а мы почему-то видим еще более дальний космос.
Получается, что бесконечная расширяющаяся Вселенная не может быть пространственно-плоской. Это понятно даже на бытовом уровне, поскольку трехмерной бесконечной Вселенной просто некуда расширятся.
Подобные же релятивистскиее проблемы возникают даже с моделями замкнутой Вселенной, если она слишком велика.
Еще раз. Отвлечемся от реальной Вселенной и представим модель трехмернойго расширяющегося пространства, в котором, на первый взгляд, параллельные прямые не пересекаются. Но расширение возможно обнаружить только если его с чем-то сравнивать. То есть должен быть нерасширяющийся обьект, относительно которого происходит расширение. И у него должно быть такое же число измерений как и у расширящегося пространства, иначе не будет возможности сравнить.
Сравнение - это взаимодействие. Но ограниченная скорость распространения взаимодействий (даже огромная, но меньше бесконечной) налагает ограничения на сравнения. Вдали все будет удалятся так бесконечно быстро, что сравнение окажется невозможным, даже в математической модели возникает горизонт событий. А если скорость света будет бесконечной, то все события в такой Вселенной сразу произойдут и закончатся.
Бесконечная скорость взаимодействий делает Вселенную одномоментной.
Если мы посмотрим вдаль (то есть в далекое прошлое, откуда идет до нас свет), то там за самыми первыми квазарами и реликтовым излучением находится та точка откуда началось расширение Вселенной. Но эта точка не имеет конкретного местоположения, она размазана по всей "небесной тверди", по всей сфере. Она находится от наблюдателя одновременно в противоположных сторонах, одновременно во всех противоположных сторонах. Точка со всех сторон? Так может быть только если Вселенная замкнута.
Если вы находитесь на поверхности планеты, то достичь противоположной точки (двигаясь по поверхности) можно в любом направлении.
Вот еще такая аналогия. Эпицентром землятрясения называют точку на поверхности планеты, в глубине под которой его гипоцентр. То есть, землетрясение происходит в объеме, а эпицентр на поверхности. А где будет эпицентр землетрясения, если бы сейсмическая энергия выделилась в самом центре Земли? В таком случае эпицентром парадоксально была бы вся поверхность планеты.
Ограниченность максимальной скорости взаимодействия неизбежно приводит к эффектам Теории Относительности, и не позволяет расширятся бесконечным пространствам, не теряя целостности. Потому что обязательно возникает горизонт событий.
И мы приходим к парадоксальному выводу, что как бы мы не старались представить Вселенную открытой, она все равно замкнута. Расширяющаяся Вселенная не может быть незамкнутой - ей это не позволяет теория относительности.
Вот тут появляется объяснение, почему галактики одновременно движутся и покоятся. Относительно точки Большого Взрыва они действительно неподвижны, удаляются от нее только во времени, но относительно друг друга движутся, иначе не было бы расширения Вселенной. Энергия фотонов, исходящих от них, ведь вполне реально теряется из-за красного смещения.
Следует учесть, что на ранних этапах, когда замкнутая Вселенная была еще не велика, свет мог обогнуть ее многократно за небольшое время.
Этим можно объяснить удивительную однородность реликтового излучения, отклонения в плотности которого составляют только стотысячную долю. Оно просто равномерно перемешалось. И тогда не нужно привлекать слишком безумную гипотезу инфлатонного поля.
Хотя я думаю, что в любом случае замкнутая Вселенная на ранних этапах была довольно однородной, а неоднородность увеличивается по мере расширения.
Когда замкнутый космос был еще совсем небольшим, в этом кипящем котле могли равномерно перемешиваться и акустические волны.
Уже давно высказывалось мнение, что глядя в самые дальние глубины замкнутой Вселенной можно увидеть самого себя сзади, то есть свою собственную галактику. Может быть даже увидели, но не узнали.
Узнать очень трудно. Во-первых, далеко, и мы видим какой она была миллиарды лет назад, а она с тех пор могла сильно измениться. Во-вторых, мы даже никогда не видели свою галактику со стороны. Замкнутая Вселенная это не зеркальная комната, она расширяется, а скопления галактик внутри нее эволюционируют, изменяясь со временем и становятся не похожими на свои "отражения". Одно и то же скопление галактик в разные эпохи его существования (и разного размера) мы одновременно увидели бы и спереди, и сзади. Долю помех в узнавание вносит еще гравитационное линзирование.
Кстати, гравитационное линзирование это не оптическая иллюзия, это не только оптический эффект. Если вы видите объект искаженным гравитацией, значит (относительно вас) он на самом деле искривлен.
И вот недавно от инфракрасного телескопа Джеймс Уэбб начали поступать парадоксальные сведения о дальнем космосе, которые, на мой взгляд, говорят о замкнутости расширяющейся Вселенной. И, судя по некоторым высказываниям в интернете, не только я это заметил.
На отдалении, соответствующем очень молодому возрасту Вселенной, телескоп видит уже вполне сформировавшиеся галактики, почти похожие на современные, звезды в которых по своему составу уже староваты. В той же дали видны квазары с достаточно крупными черными дырами, которые непонятно как успели вырасти.
Так, может быть, инфракрасный телескоп видит среди других и наше скопление галактик, в котором где-то наша собственная галактика, какой она была в прошлом, но не настолько в давно прошлом, чтобы выглядеть новорожденной? Вот поэтому и "металличность" спектрального состава звезд. Черные дыры уже крупные, но квазары в том наблюдаемом прошлом еще довольно активны.
Замкнутость вселенского пространства так же может объяснить избыточное количество гравитационных волн от слияния массивных черных дыр. Ведь гравитационная волна могла обойти Вселенную дважды. Из-за неоднократного прохождения их как-бы больше, словно гуляет эхо.
В замкнутом пространстве объект движущийся прямолинейно, на самом деле движется по кругу, а в расширяющемся замкнутом пространстве по спирали вокруг центра.
По мере расширения замкнутой Вселенной свету и другим волнам требуется всё больше времени, чтобы огибать ее. Это уже не может происходить так быстро как во времена реликтового излучения. Это теперь в любом случае миллиарды лет.
Из всего сказаного можно сделать какие-то приблизительные выводы о размерах замкнутой Вселенной.
Если мы многократно видим одни и те же скопления галактик, то Вселенная кажется нам гораздо больше, чем она есть на самом деле, и поэтому скорость удаления самых дальних объектов как бы сильно превышает световую.
В таком случае мы как-то должны обнаружить в скоплениях галактик какие-то повторяющиеся структуры, разница в масштабе которых должна соответствовать постепенному расширению. Но это очень сложно для человеческого разума: представить эволюционирующие трехмерные структуры в замкнутом четырехмерном пространстве. Вот тут-то и пригодилась бы нейросеть.
Признаюсь, мне нравится идея замкнутой Вселенной. Кажется, что это ее ограничивает, но с другой стороны, означает, что могут быть и другие Вселенные.
Считается, что если средняя плотность Вселенной больше некоторой критической, то она замкнута. Если же не достигает критической плотности, то открыта. Из нынешних наблюдений космологи делают вывод, что плотность Вселенной не достаточна, чтобы быть замкнутой или она слишком огромна даже в замкнутом состоянии.
Мне кажется, мы что-то не учитываем, когда делаем этот вывод.