Alam semesta tertutup - bagaimana hasilnya, bagaimana menjelaskannya secara lebih sederhana, dan mengapa tidak mungkin untuk keluar darinya

Pendahuluan

Banyak artikel populer tentang kosmologi, di mana mereka menulis tentang materi gelap, tahap awal Semesta, dll., Telah ditulis. Namun, banyak orang sama sekali tidak mengerti apa itu Universe yang tertutup, seperti kita, dan mengapa pada dasarnya mustahil untuk keluar darinya. Ini membutuhkan pengetahuan minimum dari teori relativitas umum. Artikel ini ditulis untuk mengklarifikasi hal-hal ini kepada mereka yang tertarik, tanpa menggunakan alat teori relativitas umum (jika mungkin). Namun demikian, pengetahuan yang baik tentang kursus sekolah dalam fisika dan minimum tertentu dari teori relativitas khusus (STR) diasumsikan. Kita akan mulai mempertimbangkan masalah ini dari sudut pandang teori gravitasi universal Newton.

1. Bagaimana dunia tertutup terbentuk.

Pertimbangkan bola homogen yang terdiri dari materi, partikel yang hanya berinteraksi menurut hukum gravitasi universal. Hal semacam itu juga disebut bubuk. Tentu saja, bola seperti itu tidak bisa diam karena gaya gravitasi.Misalkan pada tahap awal, materi mengembang secara seragam ke segala arah dengan kecepatan . Berikut ini adalah vektor jari-jari partikel materi dalam bola, adalah kecepatan partikel ini pada waktu t, adalah fungsi waktu yang harus ditentukan dari persamaan mekanika. Sangat mudah untuk melihat bahwa distribusi kecepatan seperti itu memang merupakan solusi. Biarkan massa partikel total bola menjadi M , dan biarkan jari-jari eksternal menjadi R (t). Karena partikel tertarik hanya oleh materi yang lebih dekat ke pusat bola (kekuatan tarikan bola luar di dalamnya adalah nol - ini adalah tugas yang terkenal dari kursus sekolah), percepatan gravitasi universal pada suatu titik sama dengan konstanta gravitasi. Percepatan kinematik suatu partikel adalah
.
Dari sini ia menyusut dan menghilang dari persamaan. Titik di atas fungsi berarti diferensiasi waktu. Untuk R (t) kita memiliki persamaan . Kami mendapatkan sistem gabungan persamaan diferensial biasa, distribusi kecepatan seperti itu benar-benar solusi. Tidak perlu mencari solusi untuk sistem persamaan yang dihasilkan, hanya penting bahwa itu ada. Sangat mudah untuk melihat bahwa dalam hal ini bola tetap homogen sepanjang waktu. Semua partikel materi bergerak menjauh satu sama lain dengan kecepatan sebanding dengan jarak di antara mereka (hukum Hubble dari resesi galaksi adalah konstanta Hubble).
Jika laju ekspansi awal tidak terlalu tinggi dan energi mekanik total negatif, maka pada titik tertentu ekspansi akan diganti dengan kompresi. Pada saat ini, kecepatan dan energi kinetik semua partikel sama dengan nol. Biarkan jari-jari bola saat ini . Di bawah massa M mengacu pada total massa semua partikel bola diambil secara terpisah - interaksi gravitasi mengurangi berat dari bola sesuai dengan teori relativitas khusus, kurang dari M . Sebutkan densitas bola pada saat ekspansi berhenti. Energi interaksi gravitasi partikel-partikel bola dapat dengan mudah dihitung dengan integrasi sederhana. Itu sama.Energi

ini menurut SRT mengurangi massa sisa bola ke nilai . Sini denganApakah kecepatan cahaya. Karena energi penuh bola dikonservasi, ini akan berlaku setiap saat. Ini menunjukkan bahwa pada kepadatan konstan, peningkatan akan mengarah pada fakta bahwa ekspresi dalam tanda kurung menjadi nol atau bahkan menjadi negatif. Apa artinya mengubah massa menjadi nol bagi tubuh saat istirahat (artinya pusat massa)? Tubuh seperti itu tidak lagi terlihat. Itu tidak berinteraksi secara gravitasi, dalam tabrakan tidak mungkin untuk dideteksi. Bola jatuh dari dunia kita. Runtuh ke dalam lubang hitam tidak ada hubungannya dengan fenomena ini - lubang hitam tentu memiliki massa luar yang diamati.
Perhitungan yang tepat menggunakan teori relativitas umum menunjukkan hal menarik lainnya. Saat jumlah materi dalam bola meningkat, mis., M, keliling bola pertama kali tumbuh dan kemudian mulai jatuh. Gravitasi mengubah geometri ruang, sebagai akibatnya, ukuran bola lenyap beserta massanya - untuk pengamat eksternal.

2. Apa arti keterasingan dunia?

Dunia tertutup yang dihasilkan tidak mungkin untuk pergi. Memang, anggaplah sesuatu dengan energi massa non-nol keluar dari bola ke dunia luar. Bagi pengamat eksternal, ini berarti munculnya energi massa dari ketiadaan - baginya, massa dunia tertutup adalah nol, dan dunia ini sendiri tidak dapat diamati. Untuk keluar dari dunia tertutup ini juga tidak mungkin - Anda harus merangkak ke leher dengan ukuran nol. Sebenarnya, tidak mungkin menemukan tenggorokan berukuran nol ini. Untuk dunia dua dimensi, situasinya terlihat seperti ini:

Untuk objek dua dimensi dengan ukuran bukan nol, mustahil untuk berpindah dari pesawat ke bola. Ini tidak akan berhasil merangkak melalui leher - titik kontak bola dengan pesawat.

Kesimpulan

Di sini, rincian mengenai struktur internal dunia tertutup tidak disentuh, karena banyak yang harus dilibatkan dari teori relativitas umum (GR). Penting untuk menjelaskan bagaimana geometri ditentukan dalam GR, sebagai akibatnya dunia yang tertutup berubah menjadi bola tiga dimensi - permukaan bola empat dimensi. Semua titik bola seperti itu benar-benar sama, semua pengamat pada titik ini melihat gambar yang sama. Ini adalah kasus paling sederhana dalam kosmologi - pada kenyataannya, Semesta kita tidak begitu simetris, dan pada tahap awal atau akhir tidak semuanya simetris.
Pembaca mungkin bertanya, bagaimana mungkin sejumlah besar materi dalam bentuk bola seragam seperti itu lenyap dari dunia materi? Hal ini sebenarnya berubah menjadi energi, yang tetap ada di dunia luar. Sebenarnya, kita, yang hidup di dunia tertutup, tidak memiliki argumen yang mendukung fakta bahwa, selain dunia kita yang mengandung jumlah materi yang terbatas, ada beberapa dunia lain. Dunia yang tertutup memiliki masa hidup yang terbatas - dari awal ekspansi atau Big Bang hingga kompresi ke suatu titik. Akankah ada yang tersisa setelah ini, orang hanya bisa berspekulasi dari pertimbangan filosofis.

Source: https://habr.com/ru/post/id388825/