Я цитирую страницу Википедии о форме Вселенной :
Если пространственная геометрия [Вселенной] сферическая, т. е. обладает положительной кривизной, то топология компактна.
Я пытаюсь понять, верно ли цитируемое утверждение, в свете этого упрощенного примера:
Предположим, что у вас есть некоторая система координат для Вселенной, , а кривизна пространства задается функцией . Предположим, что для всех , два события и идентичны. Другими словами, размерность является «компактным» с «периодом» (Другими словами, топология этого пространства имеет окружность как фактор, я думаю).
Теперь я могу определить другую вселенную с координатами , такой, что уже не компактный, т. отличается от любого события для всех и . Пусть для этой вселенной кривизна определяется той же функцией, что и выше. . Другими словами, эта новая вселенная имеет точно такую же структуру локальной кривизны, как и исходная вселенная, но она больше не компактна.
Теперь я понимаю, что в этом примере я не упомянул кривизну (и, в частности, плоский). Но нельзя ли такое же «разуплотнение» провести и для положительно искривленных пространств, показав, что положительная кривизна не обязательно подразумевает компактность Вселенной?
В качестве дополнительной мысли, если я представлю себе пространство как -сфера со сферическими координатами ( азимут, склонность, ), то я мог бы сделать "разуплотнение", сделав и быть различными точками в пространстве. Я вижу, однако, что это ломается на полюсе , так как все точки с идентичны. Но разве это проблема?
Однако я вижу, что это нарушается на полюсе θ=0, потому что все точки с θ=0 идентичны. Но разве это проблема?
Да, это проблема, потому что если опустить полюса у сферы, то она будет иметь топологию цилиндра, а не сферы.
В дифференциальной геометрии есть теорема, называемая теоремой Майерса . Это теорема римановой геометрии (не полуримановой геометрии), но мы можем применить ее к метрике пространственноподобного среза космологического пространства-времени, которая является римановой. Теорема Майерса в основном говорит нам, что если кривизна Риччи ограничена снизу положительной оценкой, то пространство компактно (и теорема также накладывает ограничение на его диаметр).
Обратите внимание, что недостаточно иметь кривизну, которая везде положительна. Вам также нужна глобальная нижняя граница. Но обычно мы делаем наши космологические модели однородными, так что кривизна Риччи на самом деле везде одинакова.