Бесконечность Вселенной

С развитием возможностей современной астрономии все чаще постает вопрос: существует ли бесконечность Вселенной? Для ответа на этот вопрос возьмем теорию относительности, где пространство и время рассматриваются как единое образование, так называемое "пространство – время", в котором временная координата играет столь же существенную роль, что и пространственные координаты. Поэтому, можно говорить только о конечности или бесконечности именно объединенного "пространства – времени". Но, это уже четырехмерный мир, обладающий совершенно особыми геометрическими свойствами, отличающимися от геометрических свойств трехмерного мира, в котором мы живем. И бесконечность или конечность четырехмерного "пространства – времени" еще ничего не говорит про пространственную бесконечность Вселенной.

С развитием возможностей современной астрономии все чаще постает вопрос: существует ли бесконечность Вселенной

Следует отметить, что четырехмерное "пространство – время" отражает вполне определенные свойства, зависимости и закономерности реальной Вселенной. А. Фридман показал, что раздельная постановка вопроса о пространственной и временной бесконечности Вселенной возможна не всегда, а только при определенных условиях. Этими условиями являются: однородность, т. е. равномерность распределения материи во Вселенной, и изотропность, т. е. одинаковость свойств по любым направлениям. Только тогда единое "пространство – время" расщепляется на "однородное пространство" и универсальное "мировое время".

Но, реальная Вселенная значительно сложнее однородных и изотропных моделей Вселенных. А это значит, что четырехмерный мир соответствует тому реальному миру, в котором мы живем, и на "пространство" и "время" не расщепляется.

Интересно отметить, что некоторые области пространства и в самом деле могут оказаться конечными в смысле замкнутости. И не только пространство Метагалактики, но и любой области, в которой имеются достаточно мощные массы, вызывающие сильное искривление, например, пространство квазаров. Но, это еще ничего не говорит про конечность или бесконечность Вселенной как целого.

Основу современных физических представлений о Вселенной составляет специальная теория относительности. Согласно ей пространственные и временные отношения между различными окружающими нас реальными объектами не являются абсолютными. Их характер целиком зависит от состояния движения данной системы. Так, в движущейся системе темп течения времени замедляется, а все масштабы длин сокращаются. И это сокращение тем сильнее, чем выше скорость движения. Не являются ли относительными также конечность и бесконечность Вселенной?

Оказалось, что пространство, которое конечно в неподвижной системе отсчета, в то же самое время может быть бесконечным относительно движущейся системы координат. Для объяснения этого, представим себе, что у нас имеется очень длинная, но все же конечная прямая линия, и мы измеряем ее с помощью, например, метра. Для наблюдателя, находящегося в космическом корабле, несущемся со скоростью, приближающейся к скорости света, наш эталонный метр будет стягиваться в точку. А так как точек даже на конечной прямой располагается бесчисленное множество, то для наблюдателя в корабле прямая сделается бесконечно длинной. Примерно, то же самое произойдет и в отношении масштабов площадей и объемов. Следовательно, конечные области пространства могут стать в движущейся системе отсчета бесконечными.

В движущихся системах не только сокращаются масштабы, но и замедляется течение времени. Поэтому, продолжительность существования некоторого объекта, конечная по отношению к неподвижной системе координат, может оказаться бесконечной длительной в движущейся системе отсчета.

Таким образом, конечность и бесконечность Вселенной и времени являются относительными. Кроме этого, любое утверждение только тогда имеет физический смысл, когда оно не зависит от выбора системы отсчета. В нашем случае, как бы ни менялся способ описания, физическое содержание изучаемых явлений должно оставаться неизменным, то есть инвариантным.

Отсюда вытекает, что ни бесконечность Вселенной в пространстве, ни бесконечность ее во времени требованию инвариантности не удовлетворяют. Поэтому, видимо, сама постановка вопроса о бесконечности Вселенной в целом (в пространстве и во времени) при современном понимании бесконечности лишена физического смысла.

Нельзя также забывать о бесконечном разнообразии свойств Вселенной. Ведь Вселенная – это прежде всего процесс, характерными особенностями которого являются непрерывное движение и непрестанные переходы материи из одного состояния в другое. Поэтому бесконечность Вселенной – это и бесконечное разнообразие форм движения, видов материи, физических процессов, взаимосвязей и взаимодействий и даже свойств объектов.

Инструменты