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Pregúntele a Ethan No. 87: La forma del universo: hay muchas posibilidades, pero una realidad

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Traducción del artículo Pregúntele a Ethan # 87: La forma del universo

No intentes borrar el pasado. Te da forma hoy y te ayuda a convertirte en lo que serás mañana.

Ziad K. Abdelnuar

El Universo, incluso más que nosotros, está formado por las condiciones que existían en el momento de su nacimiento. ¿Pero qué forma tomó ella? Elegí una pregunta para el lector de Tom Berry, quien pregunta:

Según tengo entendido, el universo tiene forma de silla de montar. Me pregunto por qué, en el momento del Big Bang, toda la materia no se dispersó uniformemente en todas las direcciones y no le dio al universo una forma esférica.

Comencemos eliminando una dimensión y hablando sobre lo que forma una superficie bidimensional. Probablemente imagines un avión, como una hoja de papel. Se puede enrollar en un cilindro, y aunque la superficie se conectará automáticamente, por un lado puede ir al otro, seguirá siendo una superficie plana.

Qué significa eso? Por ejemplo, puede dibujar un triángulo y agregar las dimensiones de las esquinas interiores. Si obtenemos 180 grados, entonces la superficie es plana. Si dibuja dos líneas paralelas, permanecerán así en todo momento.

Pero esta es solo una opción.

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La superficie de la esfera es bidimensional, pero no plana. Cualquier línea comienza a redondearse, y si agrega los ángulos de un triángulo, obtiene un valor mayor de 180 grados. Al dibujar líneas paralelas (líneas que comienzan como paralelas), verá que, al final, se encontrarán e intersectarán. Dichas superficies tienen una curvatura positiva.

La superficie del sillín, por otro lado, representa otro tipo de superficie bidimensional no plana. Es cóncavo en una dirección y convexo en otra, perpendicular, y es una superficie con curvatura negativa. Si dibujas un triángulo en él, obtienes la suma de los ángulos de menos de 180 grados. Dos líneas paralelas divergirán en diferentes direcciones.

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También puedes imaginar una hoja de papel plana y redonda. Si corta una cuña y la pega nuevamente, obtendrá una superficie de curvatura positiva. Si inserta esta cuña en otra misma pieza, obtendrá una superficie de curvatura negativa, como en la imagen.

Una superficie bidimensional es bastante simple de imaginar desde un espacio tridimensional. Pero en nuestro Universo tridimensional, todo es algo más complicado.

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En cuanto a la curvatura del Universo, tenemos tres opciones:

- curvatura positiva, como una esfera en dimensiones más altas
- negativa, como una silla de montar en dimensiones más altas
- cero (plano) - como una red tridimensional

Uno podría pensar que la presencia del Big Bang sugiere la primera versión esférica, ya que el Universo parece ser el mismo en todas las direcciones, pero esto no es así. Hay una razón muy interesante por la cual el Universo es el mismo en todas las direcciones, y no tiene nada que ver con la curvatura.

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El hecho de que el Universo sea el mismo en todos los lugares (homogéneo) y las direcciones (isotrópico) demuestra la existencia del Big Bang, cuya hipótesis dice que todo comenzó con un estado homogéneo caliente y denso en el que las condiciones iniciales y las leyes de la naturaleza eran las mismas en todas partes.

Con el tiempo, pequeñas desviaciones conducen a la aparición de estructuras: estrellas, galaxias, cúmulos y grandes vacíos. Pero la razón de la homogeneidad del universo es que todo tuvo el mismo comienzo, y no en curvatura.

Pero podemos medir la magnitud de la curvatura.

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La imagen muestra los patrones de fluctuaciones capturados en la radiación cósmica de fondo. Los picos de fluctuaciones, los lugares más calientes y más fríos en escalas angulares específicas, dependen de cómo funciona el Universo y en qué consiste. Si el Universo tiene una curvatura negativa (silla de montar), el Universo tiende a una escala más pequeña, si es positiva, a una más grande.

La razón es la misma que describimos: cómo se comportan las líneas rectas en estas superficies.

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Por lo tanto, solo necesitamos estudiar las fluctuaciones de la radiación cósmica de microondas de fondo, y podemos medir la curvatura del Universo observado.

¿Y qué obtenemos?

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Y obtenemos que la magnitud de la curvatura que se muestra en los círculos azules es de aproximadamente 0.5%. Esto sugiere que la curvatura del universo es indistinguible del plano.

Realmente se expandió uniformemente en todas las direcciones, pero esto no tiene nada que ver con la curvatura. Por supuesto, en una escala mucho más grande de lo que podemos observar, la curvatura del Universo puede ser distinta de cero. El proceso inflacionario que tuvo lugar después del Big Bang aumenta exponencialmente cada sección del universo.

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Es decir, es posible que la curvatura del Universo sea positiva o negativa, que parezca una silla de montar o una esfera, que se pueda conectar a sí mismo, y que podamos ir de un extremo al otro. Esto no puede descartarse, pero en la parte observable no lo es. Y para nosotros, el Universo es indistinguible de uno plano. Pero, como se muestra en la figura de la Parte D, podemos suponer que su espacio es plano y que el Universo puede no ser plano. Esta es una conclusión de la información que tenemos.

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