Введение
Космологическая модель, в которой Вселенная не расширяется.
В космологии статическая Вселенная (также называемая стационарной, бесконечной, статической бесконечной или статической вечной) – это космологическая модель, в которой Вселенная бесконечна как в пространстве, так и во времени, и пространство не расширяется и не сжимается. Такая Вселенная не имеет так называемой пространственной кривизны, то есть она «плоская» или евклидова. Статическая бесконечная Вселенная была впервые предложена английским астрономом Томасом Диггесом (1546–1595). В отличие от этой модели, Альберт Эйнштейн предложил временную бесконечную, но пространственно конечную модель статической вечной Вселенной в качестве своей предпочтительной космологии в 1917 году в своей работе «Космологические соображения в общей теории относительности». После открытия зависимости расстояния от красного смещения (выведенной из обратной корреляции яркости галактик и красного смещения) американскими астрономами Весто Слифером и Эдвином Хабблом, астрофизик и священник Жорж Леметр интерпретировал красное смещение как свидетельство вселенского расширения и, следовательно, Большого взрыва, в то время как швейцарский астроном Фриц Цвикки предположил, что красное смещение вызвано потерей энергии фотонами при прохождении через материю и/или силы в межгалактическом пространстве. Предложение Цвикки получило название «уставший свет» – термин, придуманный Ричардом Толманом, одним из главных сторонников теории Большого взрыва.
Вселенная Эйнштейна
В 1917 году Альберт Эйнштейн добавил положительную космологическую постоянную к своим уравнениям общей теории относительности, чтобы противодействовать притягательному воздействию гравитации на обычную материю, что в противном случае привело бы к тому, что статическая, пространственно конечная Вселенная либо коллапсирует, либо расширяется бесконечно. Эта модель Вселенной стала известна как мир Эйнштейна, или статическая Вселенная Эйнштейна. Эта мотивация исчезла после предложения астрофизика и католического священника Жоржа Леметра о том, что Вселенная, по-видимому, не статична, а расширяется. Эдвин Хаббл исследовал данные наблюдений астронома Весто Слифера, чтобы подтвердить связь между красным смещением и расстоянием, которая составляет основу современной парадигмы расширения, предложенной Леметром. По словам Джорджа Гамова, это заставило Эйнштейна назвать эту космологическую модель, и особенно введение космологической постоянной, своей "самой большой ошибкой". Статическая Вселенная Эйнштейна замкнута (то есть имеет гиперсферическую топологию и положительную пространственную кривизну) и содержит однородную пыль и положительную космологическую постоянную со значением, точно равным , где – ньютоновская гравитационная постоянная, – плотность энергии материи во Вселенной, а – скорость света. Радиус кривизны пространства Вселенной Эйнштейна равен .
Вселенная Эйнштейна является одним из решений Фридмана для уравнения поля Эйнштейна для пыли с плотностью , космологической постоянной и радиусом кривизны . Это единственное нетривиальное статическое решение уравнений Фридмана. Поскольку вселенная Эйнштейна вскоре была признана внутренне нестабильной, она была оставлена как жизнеспособная модель Вселенной. Она нестабильна в том смысле, что любое незначительное изменение в значении космологической постоянной, плотности материи или пространственной кривизны приведет к Вселенной, которая либо будет расширяться и ускоряться бесконечно, либо снова коллапсирует в сингулярность. После того как Эйнштейн отказался от своей космологической постоянной и принял модель расширяющейся Вселенной Фридмана — Леметра, большинство физиков двадцатого века предполагали, что космологическая постоянная равна нулю. Если это так (при отсутствии какой-либо другой формы темной энергии), расширение Вселенной будет замедляться. Однако после того, как Соул Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Г. Рисс представили теорию ускоряющейся Вселенной в 1998 году, положительная космологическая постоянная была возрождена как простое объяснение темной энергии. В 1976 году Ирвинг Сегал возродил статическую Вселенную в своей хронометрической космологии. Подобно Цвикки, он объяснял красное смещение далеких галактик искривлением в космосе. Хотя он утверждал, что астрономические данные подтверждают его теорию, другие считают результаты неубедительными.