Чи існує нескінченність Всесвіту?

З розвитком можливостей сучасної астрономії все частіше постає питання: чи існує нескінченність Всесвіту? Для відповіді на це питання візьмемо теорію відносності, де простір і час розглядаються як єдине утворення, так зване "простір - час", в якому часова координата відіграє таку ж суттєву роль, як і просторові координати. Тому можна говорити тільки про конечність або нескінченність самого об'єднаного "простору – часу". Але, це вже чотиривимірний світ, який має абсолютно особливі геометричні властивості, що відрізняються від геометричних властивостей тривимірного світу, в якому ми живемо. І нескінченність або конечність чотиривимірного "простору – часу" ще нічого не говорить про просторову нескінченність Всесвіту.

Слід зазначити, що чотиривимірний "простір – час" відображає цілком певні властивості, залежності та закономірності реального Всесвіту. А. Фрідман показав, що роздільна постановка питання про просторову та часову нескінченність Всесвіту можлива не завжди, а лише за певних умов. Цими умовами є: однорідність, тобто рівномірність розподілу матерії у Всесвіті, і ізотропність, тобто однаковість властивостей за будь-якими напрямками. Тільки тоді єдиний "простір – час" розщеплюється на "однорідний простір" та універсальний "світовий час".

Але, реальний Всесвіт значно складніший за однорідні та ізотропні моделі Всесвіту. А це означає, що чотиривимірний світ не відповідає тому реальному світу, в якому ми живемо, і на "простір" та "час" не розщеплюється.

Цікаво відзначити, що деякі області простору і справді можуть виявитися скінченними у сенсі замкнутості. І не тільки простір Метагалактики, але й будь-якої області, в якій є досить потужні маси, які викликають сильне викривлення, наприклад, простір квазарів. Але це ще нічого не говорить про скінченність або нескінченність Всесвіту як цілого.

Основу сучасних фізичних уявлень про Всесвіт становить спеціальна теорія відносності. Відповідно до неї просторові і часові відносини між різними навколишніми реальними об'єктами є абсолютними. Їх характер цілком залежить від стану руху цієї системи. Так, в системі, що рухається, темп перебігу часу сповільнюється, а всі масштаби довжин скорочуються. І це скорочення тим сильніше, що вища швидкість руху. Чи не є відносними також скінченність і нескінченність Всесвіту?

Виявилося, що простір, який скінченний в нерухомій системі відліку, в той же час може бути нескінченним щодо системи координат, яка рухома. Для пояснення цього, уявімо, що у нас є дуже довга, але все ж таки скінчена пряма лінія, і ми вимірюємо її за допомогою, наприклад, метра. Для спостерігача, що знаходиться в космічному кораблі, і мчить зі швидкістю, яка наближається до швидкості світла, наш еталонний метр стягуватиметься в крапку. А оскільки точок навіть на скінченній прямій розташовується безліч, то для спостерігача в кораблі пряма стане нескінченно довгою. Приблизно, те саме станеться і щодо масштабів площ та об'ємів. Отже, скінченні області простору можуть стати в системі відліку, яка рухається, нескінченними.

У системах, що рухаються не тільки скорочуються масштаби, а й уповільнюється плин часу. Тому, тривалість існування деякого об'єкта, скінченна по відношенню до нерухомої системи координат, може виявитися нескінченною тривалою в системі відліку, яка рухається.

Таким чином, скінченність та нескінченність Всесвіту та часу є відносними. Крім цього, будь-яке твердження лише тоді має фізичний зміст, коли воно не залежить від вибору системи відліку. У нашому випадку, хоч би як змінювався спосіб опису, фізичний зміст досліджуваних явищ повинен залишатися незмінним, тобто інваріантним.

Звідси випливає, що ні нескінченність Всесвіту у просторі, ні нескінченність його у часі вимоги інваріантності не задовольняють. Тому, мабуть, сама постановка питання про нескінченність Всесвіту загалом (у просторі та в часі) за сучасного розуміння нескінченності позбавлена фізичного сенсу.

Не можна також забувати про нескінченну різноманітність властивостей Всесвіту. Адже Всесвіт – це насамперед процес, характерними рисами якого є безперервний рух і безперервні переходи матерії з одного стану в інший. Тому нескінченність Всесвіту – це й нескінченна різноманітність форм руху видів матерії, фізичних процесів, взаємозв'язків та взаємодій і навіть властивостей об'єктів.