封闭的宇宙-结果如何，如何更简单地解释它，以及为什么不可能摆脱它

引言

关于宇宙学的许多流行文章，其中都涉及暗物质，宇宙的早期等。但是，许多人根本不了解什么是封闭的宇宙，例如我们的宇宙，以及为什么根本不可能摆脱它。这需要从相对论的一般理论中获得一定程度的知识。本文旨在向有兴趣的人阐明这些事情，而无需诉诸相对论一般性的工具（如果可能的话）。尽管如此，我们还是假设您对物理学校课程有很好的了解，并且从相对论（STR）的特殊理论中获得了一定的最低要求。我们将从牛顿万有引力理论的角度开始考虑这个问题。

1.如何形成一个封闭的世界。

考虑由物质组成的均质球，其物质仅根据万有引力定律相互作用。这种物质也称为粉状。当然，由于重力，这样的球不能静止。假设在初始阶段，物质在各个方向上均以速度均匀扩展。这是球中物质粒子的半径向量，是该粒子在时间t 处的速度，是时间的函数，必须根据力学方程确定。显而易见，这种速度分布确实是一种解决方案。令球的总粒子质量为M，使外半径为R（t）。由于粒子仅由更靠近球中心的物质吸引（粒子在其内部的外球的吸引力为零-这是学校课程中众所周知的任务），因此万有引力在一点上的加速度等于引力常数。粒子的运动加速度为
。
从这里开始，它从方程中收缩并消失。函数上的点表示时间差异。对于R（t），我们有等式。我们得到了一个常微分方程的联合系统，这样的速度分布实际上是一种解决方案。无需寻找所得方程组的解决方案；只有它存在才重要。不难看出，在这种情况下，球始终保持均匀。所有物质粒子彼此之间的移动速度与它们之间的距离成正比（星系衰退的哈勃定律是哈勃常数）。
如果初始膨胀率不太高并且总机械能为负，那么在某个时候膨胀将被压缩所替代。此时，所有粒子的速度和动能均等于零。此时，让球的半径增大。下质量中号指的是所有的颗粒球的分开服用的总质量-引力相互作用根据相对性理论特别降低了球的重量，其小于中号。表示膨胀停止时球的密度。球颗粒的重力相互作用的能量可以通过简单的积分容易地计算出来。相等，

根据SRT的能量将球的剩余质量减小到一个值。这里有是光速。由于保留了球的全部能量，因此在任何时候都是如此。这表明在恒定的密度下，增加将导致括号中的表达式变为零甚至变为负数的事实。对于静止的身体（意味着质心），将质量变为零意味着什么？这样的身体不再可见。它不会在重力作用下相互作用，在碰撞中无法检测到。球掉出了我们的世界。塌陷成黑洞与这种现象无关-黑洞必然具有外部可观察到的质量。
使用广义相对论进行精确计算显示出另一件有趣的事情。随着球中物质数量的增加，即M，球的周长首先增大，然后开始下降。重力改变了空间的几何形状，因此，对于外部观察者来说，球的大小和质量都消失了。

2.世界的孤立意味着什么？

由此产生的封闭世界是不可能离开的。的确，假设某种具有非零质量能的物质从球中脱颖而出，进入了外界。对于外部观察者来说，这意味着从无到有的质量能出现-对他而言，封闭世界的质量为零，而这个世界本身是不可观察的。从外面进入这个封闭的世界也是不可能的-您必须爬入零尺寸的脖子。实际上，不可能找到零大小的喉咙。对于二维世界，情况看起来是这样的：

对于非零尺寸的二维对象，不可能从平面到达球体。它不能通过脖子-球体与平面的接触点爬行。

结论

在这里，关于封闭世界内部结构的细节并未涉及，因为广义相对论（GR）必须涉及很多内容。有必要解释GR中的几何形状是如何确定的，其结果是，封闭世界变成了三维球体-三维球的表面。这样一个球体的所有点都是绝对相等的，这些点上的所有观察者都看到同一张图片。这是宇宙学中最简单的情况-实际上，我们的宇宙不是那么对称，在初始或最终阶段它根本不是对称的。
读者可能会问，如此均匀的球体形式的大量物质如何从物质世界中消失？该物质实际上转化为能量，并保留在外界中。事实上，我们生活在一个封闭的世界中，没有决定性的论据支持这样一个事实，即我们的世界除了包含有限数量的物质之外，还有其他一些世界。一个封闭的世界有一个有限的生命周期-从扩张开始或大爆炸到压缩到一定程度。在此之后还剩下什么吗，只能从哲学的角度进行推测。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN388825/