Искривляется ли Вселенная сама в себе?

Согласно господствующим в настоящее время теориям, Вселенная в основном везде одинакова, если смотреть в достаточно большом масштабе. Может вообще не быть самой дальней звезды от Земли (Вселенная может быть бесконечной) или это может быть что-то вроде «самой дальней точки на Земле от Лондона», которая существует, но не является особенно интересным местом. Различие между этими двумя возможностями заключается именно в том, «искривляется» ли Вселенная сама по себе (в этом случае она конечна) или нет, и в этом случае она бесконечна. Мы не знаем наверняка, но любое искривление определенно довольно незначительно.

Однако, чтобы увидеть Вселенную однородной, нужно смотреть в довольно большом масштабе (миллиарды световых лет). В меньших масштабах распределение галактических скоплений (а значит, и галактик, и звёзд) довольно неравномерно, и есть места, где нет звёзд достаточно близко, чтобы их можно было увидеть невооружённым глазом. Тем не менее, с достаточно большим телескопом в одном из этих мест вы все равно увидите звезды, разбросанные во всех направлениях.

Вы упоминаете Большой взрыв, и то, что вы пишете, наводит на мысль о распространенном заблуждении, что Большой взрыв произошел в середине большого пустого пространства, в которое расширяется материя. Это не то, что предлагает теория. Вместо этого все точки пространства, если проследить события достаточно далеко в прошлое, кажутся содержащими очень горячее, очень плотное море материи, которое, насколько мы можем экстраполировать, все расширялось, создавая новое пространство, равномерно распределенное повсюду. старое пространство в процессе.

Мы не знаем.

Ответ на этот вопрос зависит от того, является ли Вселенная открытой, плоской или закрытой. Это технические термины, возникающие из уравнений Фридмана . Математика нетривиальна, но суть в том, что существует так называемая критическая плотность:

$\rho_c = \frac{3H^2}{8\pi G}$

Если средняя плотность Вселенной выше этого значения, то Вселенная закрыта. Вы по-прежнему можете путешествовать вечно, не достигая края, подобно тому, как вы можете путешествовать вечно по Земле и не упасть. Если он равен этому значению, то Вселенная плоская, а если меньше этого значения, она открыта. В последнем случае Вселенная имеет отрицательную кривизну, как средняя часть седла. В обоих этих случаях Вселенная бесконечна.

Оказывается, наблюдаемая плотность Вселенной как раз около$\rho \approx \rho_c$.$^1$Это загадка, которая является основным мотивом для теории Космической Инфляции .

1. Если бы это было точно $\rho_c$, это также было бы большим сюрпризом, потому что нет причин ожидать точного результата, подобного этому. Точнее сказать, что нынешние ограничения на$\rho_c$очень близки к$\rho_c=1$. Я не знаю точных цифр, которые пришли мне на ум, но в последний раз, когда я видел, они выглядели примерно так:$\rho = 0.998^{+0.004}_{-0.007}$(пожалуйста, не принимайте это число за точность, оно предназначено только для иллюстрации). Следовательно, все три вселенные все еще возможны.

В течение достаточно длительного периода все повторяется. Таким образом, можно сказать, что Вселенная искривляется сама по себе. В настоящее время в моде циклические космологии. Они описывают вселенную как достижение минимальной информационной точки и, следовательно, достижение своего исходного состояния. Хотя Космическую Инфляцию нельзя наблюдать напрямую, если бы вы отправились на край Вселенной, вы бы оказались там, где начали в этих космологиях.