Конечна или бесконечна?

Вопрос, который возникает при рассмотрении Вселенной в целом, заключается в том, являются ли пространство и время бесконечными или конечными. После многих столетий размышлений некоторых из лучших умов человечество все еще не пришло к окончательным ответам на эти вопросы. Ответ Аристотеля заключался в том, что материальная вселенная должна быть пространственно конечной, поскольку, если звезды простираются до бесконечности, они не могут совершить полный оборот вокруг Земли за 24 часа. Тогда само пространство также должно быть конечным, потому что оно просто вместилище материальных тел. С другой стороны, небеса должны быть бесконечными во времени, без начала или конца, поскольку они нетленны и не могут быть созданы или разрушены.

За исключением бесконечности времени, эти взгляды стали общепринятыми религиозными учениями в Европе до периода современной науки. Самым известным человеком, публично выражавшим сомнения по поводу ограниченного пространства, был итальянский философ-математик Джордано Бруно, который задал очевидный вопрос о том, что, если есть граница или ребро пространства, что находится на другой стороне? За свою пропаганду бесконечности солнц и земель он был сожжен на костре в 1600 году.

В 1610 году немецкий астроном Иоганн Кеплер дал веские основания полагать, что число звезд во Вселенной должно быть конечным. Он утверждал, что если бы было бесконечное количество звезд, то небо было бы полностью заполнено ими, и ночь не была бы темной! Этот момент был вновь рассмотрен астрономами Эдмондам Галилеем из Англии и Жан-Филиппом-Луисом де Шез из Швейцарии в 18 веке, но он не был популяризирован как парадокс, пока Вильгельм Ольберс из Германии не занялся проблемой в 19 веке. Потенциально трудность стала очень реальной после того, как американский астроном Эдвин Хаббл измерил огромную протяженность вселенной, состоящей из галактик, с ее крупномасштабной однородностью и изотропией. Однако его открытие систематического удаление галактик обеспечило спасение. Сначала люди думали, что одного эффекта красного смещения будет достаточно, чтобы объяснить, почему небо темное ночью, а именно, что свет от звезд в далеких галактиках будет смещен в красное на большие длины волн за пределы видимого режима. Современный консенсус, однако, заключается в том, что конечный возраст Вселенной является гораздо более важным эффектом. Даже если Вселенная пространственно бесконечна, у фотонов из очень далеких галактик просто нет времени, чтобы долететь до Земли из-за конечной скорости света. Существует сферическая поверхность, космический горизонт событий (13,8 миллиардов световых лет на радиальном расстоянии от Земли в текущую эпоху), за пределами которой ничего не видно даже в принципе; и количество (примерно 1010) галактик в пределах этого космического горизонта, наблюдаемой вселенной, слишком мало, чтобы сделать ночное небо ярким.

Когда смотришь на большие расстояния, видишь вещи такими, какими они были давным-давно, опять же потому, что свету требуется конечное время, чтобы добраться до Земли. На таких больших промежутках времени обязательно ли сохраняются классические представления Евклида о свойствах пространства? Ответ, данный Эйнштейном, был: Нет, гравитация массы, содержащейся в космологически больших областях, может исказить обычное восприятие пространства и времени; в частности, постулат Евклида о том, что параллельные линии никогда не пересекаются, не обязательно должен быть правильным описанием геометрии реальной Вселенной. И в 1917 году Эйнштейн представил математическую модель Вселенной, в которой общий объем пространства был конечным, но не имел границ или ребер. Модель была основана на его теории общей теорией относительности, которая использовала более обобщенный подход к геометрии, разработанный в 19 веке немецким математиком Бернхардом Риманом.