Какова топология Вселенной?

[LionKing]

Доброго времени суток, уважаемые форумчане! Это снова я! Данная тема является дополнением к теме "Ищу литературу о Вселенной". Прежде всего хочу лично поблагодарить Munin'а и Pphantom'а за проявленное участие и крайне ценные советы. Мне посоветовали литературу по космологии, которую я буду читать (когда осилю теоретический минимум). Однако про один вопрос я напрочь забыл. Какова топология Вселенной? Мне ясно, что надо читать, чтобы понять законы развития и эволюции Вселенной, но мне совсем непонятно, что надо читать, чтобы понять топологию Вселенной. Может это я смогу найти в ОТО? Вселенная имеет какую-то форму. Возможно это трехмерная сфера, может это торическая поверхность размерности 3, а может вообще трехмерная плоскость... Вот... И у меня вопрос соответствующий. Кто этим вопросом занимается и к чему этот вопрос относится больше, к физике или к астрономии?
P.S. Данную тему я поместил в разделе "Астрономия", ибо:
1) я не знаю, куда следует ее поместить;
2) исходил из расположения темы "Ищу литературу о Вселенной".

[SergeyGubanov]

LionKing в сообщении #1050145 писал(а):

и к чему этот вопрос относится больше, к физике или к астрономии?

Астрономия должна ответить на вопрос какая топология у нашей Вселенной, но это пока выходит далеко за рамки технических возможностей. А Физика на четырёхмерную топологию пространства событий накладывает, пожалуй, лишь одно ограничение: четырёхмерное пространство событий должно быть причинным, то есть допускать существование глобального (времени подобного) векторного поля нигде не равного нулю.

В зависимости от теории, условие причинности может быть выбрано более жёстким, например, от этого векторного поля можно потребовать чтобы оно было ещё и безвихревым (сильная причинность).

[Munin]

LionKing в сообщении #1050145 писал(а):

Однако про один вопрос я напрочь забыл. Какова топология Вселенной? Мне ясно, что надо читать, чтобы понять законы развития и эволюции Вселенной, но мне совсем непонятно, что надо читать, чтобы понять топологию Вселенной. Может это я смогу найти в ОТО?

Сможете.

В основном, надо читать те же учебники, что вам и назывались раньше.

Основная проблема в том, что учёным о топологии Вселенной известно очень мало. Наблюдения, которые проводятся последние полвека-век, совместимы с простейшей топологией - плоского пространства. При этом, наблюдения уже достигли, фактически, пределов наблюдаемой области, так что дальнейшая информация, скорее всего, будет такой же, либо будет получена какими-то очень трудными и косвенными путями, а это, видимо, нескоро.

ОТО должна вам сообщить довольно простые вещи:
- что топология в простеших моделях есть либо топология плоского пространства (в открытой модели с отрицательной кривизной - такая же), либо топология сферы;
- что отличия между этими вариантами, либо с какими-то ещё вариантами (сложно склеенные лоскуты с постоянной кривизной), находятся, увы, за пределами наблюдаемой области Вселенной, и поэтому в общем не относятся к сфере естественно-научного исследования; варианты, различающиеся внутри этой области, уже отсеяны;
- что по-хорошему необходимо говорить о топологии не 3-мерного пространства Вселенной, а 4-мерного пространства-времени Вселенной, то есть о совместной форме Вселенной, и процессе её расширения. Поскольку дело в том, что некоторые 4-мерные формы пространства-времени могут выглядеть по-разному в 3-мерном сечении (даже и топологически по-разному), при этом оставаясь самими собой в 4-мерном смысле.

Это, по сути, всё, что на сегодня известно о топологии Вселенной. Ещё один факт добавляет физика элементарных частиц:
- судя по нынешним знаниям, Вселенная представляет собой ориентируемое многообразие, то есть, невозможны склейки, меняющие ориентацию - это нарушило бы законы взаимодействий элементарных частиц.

LionKing в сообщении #1050145 писал(а):

И у меня вопрос соответствующий. Кто этим вопросом занимается и к чему этот вопрос относится больше, к физике или к астрономии?

Вопросом этим занимаются космологи, которые, как вам уже говорилось, интенсивно консультируются с физиками. Кроме того, и в обратную сторону, этот вопрос интересен и физикам, которые пытаются получить из него информацию для своих теорий. Например, для гипотетических возможностей космических струн, зеркальной материи, и т. п.

-- 03.09.2015 16:48:53 --

SergeyGubanov в сообщении #1050156 писал(а):

А Физика на четырёхмерную топологию пространства событий накладывает, пожалуй, лишь одно ограничение: четырёхмерное пространство событий должно быть причинным

Про это условие я забыл. Но вот кстати, это условие может быть и как более жёстким, и так менее жёстким. Есть физические модели (опять же, гипотетические! выходящие за рамки ОТО), где этого условия нет. То есть, это условие накладывается не из экспериментов, а из теоретических аксиом типа "так должно быть, потому что мы в это верим". И верят - не все поголовно.

[LionKing]

Munin в сообщении #1050182 писал(а):

В основном, надо читать те же учебники, что вам и назывались раньше.

Ну что же, хорошо. Я просто не буду отклонятся от намеченного курса.
P.S. Было бы неплохо произвести полную классификацию четырехмерных многообразий. Это помогло бы (наверное)...

-- 03.09.2015, 17:03 --

SergeyGubanov в сообщении #1050156 писал(а):

Астрономия должна ответить на вопрос какая топология у нашей Вселенной

Намек на то, что Вселенных много?

[Munin]

LionKing в сообщении #1050188 писал(а):

P.S. Было бы неплохо произвести полную классификацию четырехмерных многообразий. Это помогло бы (наверное)...

LOL
Попробуйте.

В топологии достигнута классификация только двумерных многообразий без края, причём без учёта псевдоримановой структуры - просто гладких.

LionKing в сообщении #1050188 писал(а):

Намек на то, что Вселенных много?

Вымышленных - сколько угодно. Вселенная - это просто такое многообразие без края, которое удовлетворяет законам ОТО и других разделов физики.

Но в этом случае принято писать "вселенная" с маленькой буквы. Подразумевается, что с большой буквы - это имя собственное, и означает конкретный единичный объект. Аналогично тому, как различаются Галатика (= Milky Way) и галактики. Ещё говорят про Солнце, Луну, и образно про солнца (= звёзды), луны (= спутники планет). Большая буква аналогична артиклю the, а маленькая - a.

[LionKing]

Munin в сообщении #1050192 писал(а):

LOL
Попробуйте.

Я пас. Но рано или поздно кто-нибудь (какой-нибудь Стефан Смейл) обязательно сделает это. В классификацию трехмерных уже залезли ведь...)))

[Pphantom]

LionKing в сообщении #1050188 писал(а):

Намек на то, что Вселенных много?

Скорее уж на то, что вариантов может быть много, и нам мог случайно достаться какой-то один из нескольких возможных.

[Munin]

Ну да, эти варианты и есть вымышленные вселенные.

Точно так же, как рассматривая подброшенную монету, мы можем говорить о возможных выпадениях орла и решки - как о каких-то вымышленных монетах. Одна из них совпадает с реальной, но какая - заранее неизвестно.

[LionKing]

Munin
Кстати, у вас хочу спросить. В популярных книжках и фильмах частенько упоминают, что якобы возможен вариант, при котором наша Вселенная одна из многих (см. модель Эверетта, Линде). Это как, фантазии?

[arseniiv]

Тут важно не разделение на фантазии и не фантазии. Грубо говоря, все наши модели мира — фантазии. Но одни фантазии можно проверить на соответствие реальности, а другие нельзя даже в неопределённом будущем. Модель, включающая кроме нашей Вселенной ещё парочку, никак не отделима в предсказаниях от модели с одной нашей Вселенной, или с десятком вселенных, если их принимать не взаимодействующими. (А если они взаимодействуют, то это по определению куски одной вселенной, а не разные.) Далее, вот у нас образовалась линейка моделей «наша + $n$ других» с одинаковыми предсказаниями — в этом случае человекоудобно пользоваться самой простой из них, а физики — тоже люди.

Бывает, когда одна модель даёт более точные предсказания, чем другая. Даже тогда есть контексты предпочесть вторую: сравните СТО и механику Галилея. В большинстве земных ситуаций мы не различаем результаты с точностью, для которой необходимо использовать СТО, чтобы согласовываться с действительностью. А вот для проектирования GPS даже СТО ограничиться не получилось, и пришлось использовать ОТО (хотя хватило определённого предельного случая ОТО, более простого).

(Оффтоп)

Когда же мы этот фольклор уже куда-нибудь запишем в таком виде, чтобы можно было цитировать в любом случае, а не писать ещё раз. Надо создать Основание! (То самое.)

[Munin]

Это не фантазии, но довольно гипотетические гипотезы. Тут надо (а) правильно понимать смысл произносимых слов, и (б) правильно понимать статус этих гипотез в современной науке.

Смысл слов тут такой: на самом деле, технически речь идёт об одной Вселенной. Но эта Вселенная оказывается состоящей из многих областей, которые практически не взаимодействуют друг с другом. Они участвуют каждая в своём собственном космологическом расширении. В них могут быть вообще разные законы физики. И каждая из таких областей - по размеру намного больше, чем наблюдаемая нами в телескопы часть Вселенной - всё остальное скрыто за горизонтом и принципиально не видно. Тогда каждую такую отдельную часть Линде называет Вселенной, то есть, меняет смысл слов.

А статус этой гипотезы такой: это один из вариантов реализации другой гипотезы (гипотезы инфляции). Другая гипотеза пока ещё не подтверждена наблюдениями, и её очень сложно подтвердить. В начале этого (2015) года было сообщение, что её подтвердили одними очень косвенными наблюдениями, но как оказалось, поспешное: наблюдения имеют другую интерпретацию. И вот, развивая эту неподтверждённую гипотезу, энтузиасты "делят шкуру неубитого медведя", разрабатывая разные варианты того, какой она могла бы быть. Шаткость этих построений должна быть теперь понятна.

[LionKing]

(Оффтоп)

arseniiv в сообщении #1050231 писал(а):

Надо создать Основание!

А что? Создайте!))) Будет книга: Arseniiv "Основание - законов физики правильное толкование" Надо бы еще лейбл придумать... Например, в математике есть серия книг под лейблом D&C.

[arseniiv]

(Оффтоп)

Да не такое. Потом, некоторые вещи в одиночку как раз лучше не делать.