Может ли гравитация вызвать Большое Сжатие, если верен космологический принцип?

Вы неправильно думаете о гравитации и о том, как она влияет на вселенную в целом.

Динамика Вселенной определяется уравнениями Фридмана , которые можно решить, чтобы сказать, как масштабный фактор однородной изотропной Вселенной ведет себя со временем.

Если во Вселенной достаточно плотности гравитирующей материи/энергии, то масштабный фактор может в конечном итоге уменьшиться до нуля за конечное время. Простейший случай — это замкнутая Вселенная без космологической постоянной и с плотностью массы выше критической плотности (это не та Вселенная, в которой мы живем в настоящее время: наша Вселенная кажется (а) плоской и (б) расширяющейся с ускорением).

Интерпретация этого состоит в том, что пространство между галактиками сжимается. Это противоположность того, что мы сейчас наблюдаем в расширяющейся Вселенной.

Точно так же, как вы не интерпретируете универсальное расширение однородной изотропной Вселенной как своего рода отталкивание между галактиками; также это сжатие нельзя интерпретировать как некую силу притяжения между галактиками. Как вы правильно заметили, в строгом ньютоновском смысле ни на одну галактику не действует результирующая гравитационная сила, и поэтому ее координаты, движущиеся вместе с ней, не изменятся во время сжатия.

Может ли гравитация вызвать Большое Сжатие, если верен космологический принцип?

Нет. Это миф, выросший из уравнений Фридмана. Александр Фридман был инструктором по баллистике на австрийском фронте. Он смоделировал расширяющуюся вселенную чем-то вроде пушечного ядра, выпущенного ввысь. См., например, космологическую физику Джона Пикокса : «Динамика всей вселенной такая же, как у пушечного ядра, выпущенного вертикально против земного притяжения. Точно так же, как гравитация Земли определяет скорость убегания снарядов, вселенная, которая расширяется достаточно быстро, будет продолжать расширяться вечно. И наоборот, для данной скорости расширения существует критическая плотность, которая асимптотически остановит расширение» .

                                 ^{Изображение из статьи Норберта Румиано о космологической модели .}

Боюсь, это совершенно неправильно. Гравитация не останавливает расширение Вселенной. Гравитационное поле сродни градиенту давления в космосе. Это заставляет материю падать, но не пространство. Вы можете сказать, что это неправильно, потому что космология Большого Взрыва, как говорят, балансирует на острие ножа, так что плотность Вселенной невероятно близка к критической плотности. Это всего лишь повторение величайшей ошибки Эйнштейна, когда небольшое увеличение плотности вызвало бы сжатие, а небольшое уменьшение — расширение. Это неверно и потому, что наблюдения сверхновых в 1998 году не совпали ни с одной из траекторий пушечного ядра. Они не измеряли замедление расширения, они измеряли его ускорение. Словно восходящий луч света ускоряется , ведьскорость света пространственно переменна . К сожалению, такие люди, как Джон Моффат, Жоао Магейхо и другие ребята из VSL, говорили, что скорость света во Вселенной замедляется, а не ускоряется. К сожалению, уравнения Фридмана имеют не только фиксированное c, но и кривизну k. Даже несмотря на то, что гравитационное поле — это место, где скорость света меняется, потому что пространство не является ни однородным, ни изотропным . Не место, где пространство искривлено.

Скажем, у нас есть замкнутая вселенная, которая следует космологическому принципу.

У нас нет доказательств того, что Вселенная закрыта или что космологический принцип является научным. Думаю, это все равно, что сказать, что я живу в лесу, поэтому все должны видеть деревья .

В результате масса распределяется поровну, и, насколько мне известно, гравитация не должна оказывать чистого влияния на движение галактик (например, нет никаких пекулярных скоростей).

Проблема не в галактиках, а в космосе. Пространство расширяется, как аналогия с пирогом с изюмом, и гравитация не остановит этого.

Однако в Большом сжатии Вселенная перестает расширяться, и гравитация приводит к уменьшению масштабного коэффициента. Как это возможно? Разве гравитация не должна влиять на однородную и изотропную Вселенную?

Я не думаю, что это возможно. Обратите внимание, что Эйнштейн описал гравитационное поле как место, где пространство не является ни однородным, ни изотропным. Таким образом, однородная изотропная Вселенная — это та, в которой нет гравитации.

В связи с этим, если бы гравитация действительно вызвала коллапс, стала бы гравитация причиной изменения координат сопутствующих галактик?

Я бы сказал нет. Я бы также сказал, что гравитация не вызывает коллапс.