Форма Вселенной: почему «сфера» (положительная кривизна) означает конечную?

Добрый день.

Статья в Википедии

https://en.wikipedia.org/wiki/Shape_of_the_universe

состояния:

«Например, вселенная с положительной кривизной обязательно конечна. Хотя в литературе обычно предполагается, что плоская или отрицательно искривленная вселенная бесконечна, это не обязательно так, если топология не является тривиальной».

Позвольте мне предложить конструкцию сферической и бесконечной вселенной. Представьте себе сферу С 0 с двумя точками с 0 а и с 0 б . Считайте эти точки точками ветвления в обычном смысле (мы имеем от комплексных многообразий). Вам нужно дважды (в моей конструкции) обойти (любую из этих точек), чтобы прийти к одному и тому же «месту». Для простоты представьте себе линию л 0 соединение этих точек л 0 ( с 0 а , с 0 б ) что представляет собой разрез. Если вы пересечете разрез, вы окажетесь в другом месте С 1 . Надеюсь, я достаточно ясно выразился. Спрес С 0 и С 1 поделиться баллами с 0 а и с 0 б и вы переходите от одной сферы к другой, пересекая разрез. Почти везде мы имеем сферическую кривизну (локально).

Выбор другой пары точек с 1 а и с 1 б один добавляет к С 0 "левый" сосед С 1 . Повторяющимся образом строится бесконечная цепочка сфер { С я } я "=" я "=" который представляет бесконечную вселенную.

Что не так с этой конструкцией? Дай мне подумать:

  • Противоречит ли точка ветвления математическому аппарату описания вселенных? Ну, а если черной дыры с бесконечной кривизной нет, то почему должна быть точка ветвления? В точке ветвления все конечно. В кривизне появляется разрыв: если в соседней точке длина окружности равна 2 π р ε чем в точке ветвления 4 π р ε (ну, производная не конечна). Тем не менее, мне кажется, что это «лучше», чем бесконечная кривизна.

  • Создают ли точки ветвления неизотропную Вселенную? Что ж, для одной сферы могут быть «предпочтительные» направления: те, которые указывают на точки ветвления. Но вселенная в целом, то есть бесконечная цепь сфер, может иметь эти точки ветвления, распределенные «случайно», так что никто не может говорить о каком-либо конкретном направлении во вселенной в целом.

Какую другую критику можно сделать по поводу этой конструкции?

Подвопрос: плоская, но конечная Вселенная (упомянутая в Википедии) кажется мне очень интересной. Да, я мог бы прочитать приведенную там ссылку, но я очень плохо разбираюсь в этой теме, я бы не понял. Я предполагаю, что это должно быть какое-то умное «черепование плоскости». Вопрос: существует ли простой способ (пример) того, как можно объяснить плоскую, но конечную вселенную?

Чтобы ответить на вопрос в последнем абзаце: рассмотрим тор. Это может быть сделано плоским в размерах 4 и выше. См. Тор Клиффорда . Под «4 и выше» я подразумеваю размерность пространства, в которое он вложен: тор Клиффорда сам по себе является двумерным многообразием. Если вы хотите забыть о вложении (а космологи всегда этого хотят, потому что Вселенная ни во что не вложена), существование тора Клиффорда доказывает, что мы можем придать произведению двух 1-окружностей риманову форму структура с плоской метрикой.
Я думаю, что есть две отдельные проблемы: «быть плоским» и «быть вселенной». Хорошо, конечный тор можно сделать плоским (локально). Но можно ли сделать его «вселенным»? Под «вселенной» мы понимаем что-то изотропное. Является ли тор изотропным? Не имея глубокого понимания, я бы сказал, что нет: есть (два) предпочтительных направления: одно из "более короткого диаметра" и одно из "большего диаметра" - грубо говоря.

Ответы (1)

Я посмотрел ссылку в Википедии, что положительная кривизна означает, что она должна быть конечной. Эта ссылка была на статью Эллиса и другого человека, см. https://arxiv.org/abs/gr-qc/9812046 .

Я не искал исчерпывающим образом это утверждение, обсуждение или трактовку вопроса в статье (на самом деле «Лекции на конференции», очень хорошо написанные и исчерпывающие), объем которой составляет более 80 страниц, и не нашел. В статье рассматривается множество вариантов дифференциальной геометрии пространства-времени, но я не нашел ни одной топологии. Но я видел то же самое во многих статьях, лекциях, книгах и т. д., я сам утверждал это, просто никогда не видел, чтобы это было доказано.

Однако я понимаю, что есть теорема, которая говорит, что любое пространство в N измерениях, имеющее постоянную положительную кривизну, имеет топологию сферы. Вы должны иметь эту положительную кривизну везде. Если нет, и вы решите сделать исключение для точки, линии, кривой или объема, то да, я думаю, вы сможете создать эти соединенные почти сферы. Все-таки вы не то положительная и постоянная кривизна везде. Обратите внимание, что постоянная кривизна не является проблемой для космологии, космологические решения имеют постоянную (положительную, отрицательную или нулевую) кривизну. Отметим также, что он предполагает однородные и изотропные пространства. Если вы отклоняетесь от тех, я не знаю результатов.

Вы можете иметь отрицательную и нулевую постоянную кривизну и при этом строить нетривиальные топологии. Только не с положительной постоянной кривизной, так как она замыкается сама на себя.

А что касается черной дыры, то она остается проблемой, но сингулярность возникает в режиме, где применима квантовая гравитация, а у нас до сих пор нет хорошей теории квантовой гравитации.

Для квартиры да, это может быть конечным из-за тайлинга, а может быть и другими способами. Плоское пространство-время может быть бесконечным (и было бы с тривиальной топологией) или конечным. Я думаю, что видел статью и (я знаю) написал ответ в PSE, что возможно около 17 (может быть, не правильное число) плоских нетривиальных плоских топологий. Конечно, Ева никогда не видела никаких доказательств того, что какие-либо из них существуют, но и не могла полностью их исключить. С физической точки зрения считается, что, если вскоре после Большого взрыва не произошло каких-то очень экстремальных эффектов, топология должна быть тривиальной.

Разве Большой взрыв не является экстремальным событием? просто говорю хД