forma del universo
La forma del universo , en cosmología física , es la geometría local y global del universo . Las características locales de la geometría del universo se describen principalmente por su curvatura , mientras que la topología del universo describe las propiedades globales generales de su forma como un objeto continuo. La curvatura espacial está relacionada con la relatividad general , que describe cómo el espacio-tiempo se curva y dobla por la masa y la energía. La topología espacial no se puede determinar a partir de su curvatura, debido a que existen (matemáticamente) espacios localmente indistinguibles con diferentes topologías.[1]
Los cosmólogos distinguen entre el universo observable y el universo entero, siendo el primero una parte del segundo en forma de bola que, en principio, puede ser accesible mediante observaciones astronómicas. Asumiendo el principio cosmológico , el universo observable es similar desde todos los puntos de vista contemporáneos, lo que permite a los cosmólogos discutir las propiedades de todo el universo con solo información del estudio de su universo observable.
Se pueden discutir varios atributos topológicos o geométricos potenciales del interés del universo. Algunos de estos son: [2]
Hay ciertas conexiones lógicas entre estas propiedades. Por ejemplo, un universo con curvatura positiva es necesariamente finito. [3] Aunque generalmente se asume en la literatura que un universo plano o curvado negativamente es infinito, este no tiene por qué ser el caso si la topología no es trivial: por ejemplo, un toroide de tres es plano pero finito. [3]
La forma exacta sigue siendo un tema de debate en la cosmología física , pero los datos experimentales de varias fuentes independientes ( WMAP , BOOMERanG y Planck , por ejemplo) confirman que el universo es plano con solo un margen de error del 0,4%. [4] [5] [6] Por otro lado, cualquier curvatura distinta de cero es posible para un universo curvo lo suficientemente grande (de manera análoga a cómo una pequeña porción de una esfera puede parecer plana). Los teóricos han estado tratando de construir un modelo matemático formal de la forma del universo. En términos formales, este es un modelo de 3 variedades que corresponde a la sección espacial (en coordenadas comóviles ) del modelo tetradimensionalespacio-tiempo del universo. El modelo que la mayoría de los teóricos utilizan actualmente es el modelo de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW). Se han presentado argumentos de que los datos de observación encajan mejor con la conclusión de que la forma del universo global es infinita y plana, [7] pero los datos también son consistentes con otras formas posibles, como el llamado espacio dodecaédrico de Poincaré [ 8] [9] y el espacio de Sokolov-Starobinskii (cociente del modelo del semiespacio superior del espacio hiperbólico por una red bidimensional). [10]
Se puede pensar en el universo observable como una esfera que se extiende hacia afuera desde cualquier punto de observación durante 46.500 millones de años luz, retrocediendo más en el tiempo y más desplazado hacia el rojo cuanto más lejos se mira. Idealmente, uno puede continuar mirando hacia atrás hasta el Big Bang ; en la práctica, sin embargo, lo más lejano que uno puede mirar usando luz y otras radiaciones electromagnéticas es el fondo cósmico de microondas (CMB), como cualquier cosa pasada que fuera opaca. Las investigaciones experimentales muestran que el universo observable es muy cercano a isótropo y homogéneo .
De arriba a abajo: un universo esférico con Ω > 1 , un universo hiperbólico con Ω < 1 y un universo plano universo con Ω = 1 . Estas representaciones de superficies bidimensionales son simplemente análogos fácilmente visualizables de la estructura tridimensional del espacio (local).