Вселенная-бублик – попытка выбраться из парадоксов космологии

Мы продолжаем историю о модели расширяющейся (инфляционной) вселенной. Ранее было рассказано:
- о наглядной модели расширяющегося пространства вселенной в виде растущей поверхности пузыря (точнее трехмерной поверхности четырехмерного пузыря).
- о том, как вообще наглядно представлять себе четырехмерные фигуры на примере четырехмерного куба.
В предыдущей заметке был дан обзор идей о том, как устроено пространство в такой модели и каков физический механизм его расширения.

Теперь вопрос: какова форма вселенной? Или (ближе к языку математики) пространство нашей вселенной - это гиперповерхность с положительной, отрицательной или нулевой кривизной? (см картинку на белом фоне ⤴️)

У вселенной-пузыря положительная кривизна. Но, по общей теории относительности, такая вселенная сжималась бы, а не расширялась.

В модели Фридмана у вселенной гиперболическая форма и отрицательная кривизна – поэтому она расширяется.
По наблюдениям астрономов кривизна вселенной – нулевая, вселенная – «плоская». Отклонения от нуля есть лишь вблизи массивных тел (их гравитация искривляет пространство). Допустим, астрономы что-то не заметили…

…Но, если кривизна у вселенной нулевая или отрицательная, то вселенная не может быть замкнутой, а значит, она всегда была бесконечной. Большой взрыв отменяется?

Выход из парадоксов предложила в 2021-м франко-германская группа физиков. Их вселенная имеет форму бублика (трехмерной поверхности четырехмерного тора). Эта поверхность - замкнутая, и на ней реализуются все три геометрии: сферическая, гиперболическая и плоская.

Численное моделирование показало, что бубличная гипотеза согласуется с данными астрономии, если бублик в несколько раз больше видимой вселенной.
Остается нюанс, общий для всех замкнутых моделей. В них каждый источник света, возникший вскоре после Большого Взрыва, виден дважды. Свет от него приходит к наблюдателю и напрямую, и обойдя замкнутую вселенную (совершив кругосветное путешествие). Астрономы пока не видели этого.

Почему такие модели практически важны – мы расскажем в продолжении