что такое замкнутая Вселенная, и как с этим бороться

 Двумерный миф

Обычно рассказ о замкнутой Вселенной начинают с аналогии. Дескать, представим себе двумерных существ, которые ползают по плоскости. А теперь положим, что эта плоскость - поверхность сферы. Вот вам двумерное пространство, вложенное в трехмерное. И наши существа будут продолжать думать, что ползают по плоскости, а они-то ползают уже в пространстве!

Осталось только наше 3-мерное пространство так же завернуть в 4-мерное - вот и получится замкнутая Вселенная.

Но это чушь. Воображаемые двумерные существа будут в пространстве существовать  на 2-мерной поверхности только тогда, когда эта поверхность реальна, материальна и держит их на себе. В свободном же космическом пространстве вне небесных тел никаких поверхностей нет, и теоретически говоря, ничто не мешает его обитателям при желании и возможности двигаться в любую сторону.

Беда лишь в том, что ни желания, ни возможностей у небесных тел двигаться произвольно нет. Они всегда, за исключением форс-мажоров (в виде столкновений) движутся по геодезическим (под которыми здесь понимаются траектории инерциального движения). Таким образом, ни двумерное, ни трехмерное движение в космическом пространстве невозможно; возможно только одномерное, полностью определяющееся импульсом тела на любом участке его траектории.

Движение космического тела по сути одномерное, позволяющее развернуть его в пространстве-времени. На рисунке показана развертка замкнутого орбитального движения.

Вместо мифических сфер имеет смысл представлять совокупность замкнутых одномерных геодезических вокруг сферического небесного тела.

Планета с фрагментом орбит заданной высот - набором геодезических.

Поэтому каждая точка в пространстве своим потенциалом тяготения определяет набор геодезических, зависящих от импульса проходящего тела.

В точке в окрестности планеты определены геодезические для тела данной массы и различных скоростей; они могут быть круговыми, эллиптическими, параболическими или гиперболическими.

Замкнутость Вселенной

Представим себе Вселенную, состоящую из вещества и излучения.

Она конечна, если конечна ее вещественная часть. Она будет замкнутой, если ее излучение находится в ограниченной области. (Возможен вариант, когда область, заполненная излучением будет неограниченно распространяться вовне; это незамкнутая модель.)

Замкнутость получается оттого, что излучение под действием тяготения не может покинуть занимаемую им область.

Схема замкнутой Вселенной. Показана траектория светового луча, бродящего по геодезической в конечной области.

Замкнутая вселенная по сути представляет из себя черную дыру, удерживающую материю в ограниченной области.

Что же делать?

Так можно ли покинуть замкнутую Вселенную?

Рассмотрим движение естественного спутника планеты и его отличие от движения искусственного спутника.

Естественный спутник двигается только по геодезической (орбите). Тогда как искусственный, выйдя на орбиту, может получить команду и сойти с нее за счет двигателя (внутреннего или внешнего).

Траектории движения естественных спутников планеты (зеленые) и искусственного (красная).

А значит, и мы в мысленном эксперименте, сев на звездолет, можем попытаться покинуть заколдованное тяготением пространство. При этом аппарат должен будет всё время лететь с включенными двигателями, поскольку при выключении их он сразу же полетит по инерции, т.е. по геодезической, которая, как мы знаем, искривлена. Конечно, космическая экспедиция, использующая колоссальные запасы энергии, скорее всего, на практике не реализуема, но ведь и мысленный эксперимент Эйнштейна с движущимися с околосветовыми скоростями кораблями тоже является фантазией!

Итак, мы отправляемся в полет и летим по лучу. Через какое-то время луч начинает отклоняться, а мы... Мы за счет работы двигателей продолжаем лететь прямо (ориентируясь по гироскопу или просто по расчетам)!

Направление движения звездолета (красная стрелка) и траектории лучей (желтые линии). 

И вот после долгого полета звездолет покидает Вселенную; вокруг него нет ни материи (кроме него самого), ни излучения (кроме порождаемого самим аппаратом).

Звездолет покинул Вселенную.

Что он там увидит. Отблески других, незамкнутых вселенных? Или вообще ничего?