Означает ли текущее ускорение Вселенной, что наша Вселенная открыта?
Если Вселенная замкнута, то из уравнений Фридмана ускорение Вселенной было бы невозможно, не так ли? (Конечно, за исключением очень ранней эры инфляции.)
Нет. Вселенная, которая ускоряется, в принципе может быть открытой, закрытой или плоской. Последние атрибуты определяются тем, сколько материи/энергии находится во Вселенной по отношению к критическому значению. Если энергия больше критической, то вселенная закрыта, если меньше критической, то вселенная открыта, а энергия равна критической, вселенная плоская.
С другой стороны, условием ускорения Вселенной является наличие в ней компонента с достаточно отрицательным давлением (в техническом плане это целиком получается из второго уравнения Фридмана, дающего ускорение характерного масштаба Вселенной, которое не требуется, когда речь идет о плоском/открытом/закрытом).
[Тем не менее, бывает так, что современные космологические данные сильно благоприятствуют плоской Вселенной. Но это в основном не зависит от утверждения, что Вселенная ускоряется. ]
Без темной энергии открытая/плоская (закрытая) вселенная означает, что вселенная расширяется вечно (заканчивается Большим схлопыванием). Но с темной энергией, которая управляет ускорением Вселенной, эта связь «геометрия — это судьба» разорвана. В частности, будущее расширения может быть произвольным, так как оно зависит от будущего поведения темной энергии. Однако если темная энергия продолжит ускорять Вселенную, как это происходит сейчас, тогда Вселенная будет расширяться — и также ускоряться — вечно.
Если «открытый» означает неположительную пространственную кривизну (что является обычным значением), то нет. Экспериментально измеренная пространственная кривизна согласуется с нулем, но допустимая погрешность включает значения по обе стороны от нуля. В уравнениях Фридмана нет противоречия между ускоряющимся расширением и положительной пространственной кривизной.
Если «открытый» означает «никогда не схлопывается», то ответ по-прежнему «нет». Существуют модели, согласующиеся с уравнениями Фридмана и всеми экспериментальными данными, согласно которым Вселенная в конечном итоге снова коллапсирует (см. http://arxiv.org/abs/astro-ph/0409264 ). В этих моделях темная энергия является не космологической постоянной, а скалярным полем, подобным инфлатону. (Проблема объяснения окончания инфляции аналогична проблеме построения модели, в которой заканчивается будущее экспоненциальное расширение.)
Есть и другие способы, которыми Вселенная может быть закрыта в любом смысле. Если будущие данные ограничат пространственную кривизну отрицательным значением, все еще возможно, что мы находимся в области необычно низкой плотности во вселенной, которая в целом пространственно замкнута (хотя это ничем не отличается от утверждения, что фактическое значение кривизны может находиться за пределами погрешностей). Также возможно, что космология FLRW неверна (вы предположили, что она верна в тексте вашего вопроса, но не в заголовке).
Надеюсь, @ron-maimon объяснит, почему он сказал, что ответ положительный.
Рон Маймон