Тяжёлый шар лежит на батуте, и ткань прогибается под ним. Любой катящийся рядом мячик неизбежно скатывается к центру. Примерно так работает гравитация в масштабах целой Вселенной. Но что, если бы ткань была выгнута вверх, как купол? Тогда мячик стремился бы скатиться наружу. Эта простая разница между вогнутостью и выпуклостью оказалась ключом к вопросу, может ли Вселенная существовать вечно, не имея момента рождения.
Авторы новой работы разобрали уравнения расширения Вселенной и проверили, что происходит с энергией света, пересекающего космос из конца в конец. В плоском или открытом мире, похожем на бесконечную равнину или седло, суммарная энергия такого луча всегда уходит в минус. Это как если бы батут вечно затягивал всё к себе. Чтобы компенсировать этот эффект, пришлось бы добавить материю с отрицательной энергией, которой в природе нет. Поэтому вечная плоская Вселенная невозможна: она либо схлопнется, либо родится из сверхплотной точки.
Исследователи построили конкретные примеры таких вечных замкнутых миров, заполненных обычным скалярным полем (это простейший вид материи, который равномерно заполняет пространство). Оказалось, что положительная кривизна действует как пружина, не давая Вселенной ни сжаться в точку, ни разлететься в пустоту. Более того, если пытаться описать такую Вселенную по ошибке как плоскую, можно подумать, что в ней есть загадочная тёмная энергия с причудливыми свойствами. Но эффект этот крошечный — всего около процента при нынешних ограничениях на кривизну.
Так геометрия диктует судьбу. Если наш мир действительно плоский или открытый, у него было начало. Если же он замкнут, то мог обойтись без начала и конца. И тогда он продолжает свой вечный танец, удерживаемый собственной кривизной, словно тот самый мяч на упругой ткани.
Если бы наша Вселенная была замкнутой и размером с футбольный мяч, то луч света, выпущенный в одну сторону, вернулся бы к вам сзади, обогнув весь космос.
В романе «Миры Империума» Кита Лаумера герои путешествуют между параллельными вселенными, некоторые из которых замкнуты в кольцо — там можно идти вперёд и прийти в прошлое.