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¿Cuál es la forma del universo?

 Una de las ideas más profundas de la Relatividad General, fue la conclusión de que la masa hacía que el espacio se curvara, y que los objetos que viajaban en ese espacio curvo tenían sus trayectorias desviadas, exactamente como si una fuerza hubiera actuado sobre ellos. Si el espacio en sí es curvo, existen tres posibilidades generales para la geometría (forma) del universo. Cada una de estas posibilidades está relacionada a la cantidad de masa, (y por lo tanto a la fuerza total de la gravitación) en el universo, y cada una implica un pasado y un futuro diferentes para el universo.


Representación artística del universo

Primero, veamos según la NASA, las formas y curvaturas de una superficie bidimensional. Matemáticamente se distinguen 3 clases de curvatura cualitativamente diferentes, como se ilustra en la siguiente imagen:



Se dice que la superficie plana de la izquierda tiene curvatura cero, se dice que la superficie esférica tiene curvatura positiva, y se dice que la superficie en forma de silla de montar tiene curvatura negativa, esta última figura geométrica es la que representa la forma de nuestro universo más probablemente.

Lo anterior no es demasiado difícil de visualizar, pero la Relatividad General afirma que el espacio en sí mismo (no solo un objeto en el espacio) puede ser curvo y, además, el espacio de la Relatividad General tiene 3 dimensiones similares al espacio, y una dimensión temporal, no solo dos. Como en nuestro ejemplo anterior. ¡Esto es difícil de visualizar! Sin embargo, se puede describir matemáticamente con los mismos métodos que se utilizan en matemáticas para describir las superficies bidimensionales. Entonces, ¿qué significan los tres tipos de curvatura (cero, positiva y negativa) para el universo?

Si el espacio tiene una curvatura negativa, no hay masa suficiente para detener la expansión del universo. En tal caso, el universo no tiene límites y se expandirá para siempre. A esto se le llama universo abierto.

Si el espacio no tiene curvatura (es decir, es plano), hay exactamente suficiente masa para hacer que la expansión se detenga, pero solo después de una cantidad infinita de tiempo. Por lo tanto, el universo no tiene límites y también se expandirá para siempre, pero con la tasa de expansión acercándose gradualmente a cero después de una cantidad infinita de tiempo. Esto se denomina universo plano o universo euclidiano (porque la geometría habitual de superficies no curvas que aprendemos en la escuela secundaria se llama geometría euclidiana).

Si el espacio tiene una curvatura positiva, hay masa más que suficiente para detener la expansión actual del universo. El universo en este caso no es infinito, pero no tiene fin (así como el área en la superficie de una esfera no es infinita pero no hay ningún punto en la esfera que pueda llamarse el "fin"). La expansión eventualmente se detendrá y se convertirá en una contracción. Por lo tanto, en algún momento en el futuro, las galaxias dejarán de alejarse unas de otras y comenzarán a acercarse unas a otras a medida que el universo colapsa sobre sí mismo. A esto se le llama universo cerrado.

La geometría del universo se expresa a menudo en términos del "parámetro de densidad", que se define como la relación entre la densidad real del universo y la densidad crítica que se requeriría para detener la expansión. Por lo tanto, si el universo es plano (contiene solo la cantidad de masa para cerrarlo) el parámetro de densidad es exactamente 1, si el universo está abierto con curvatura negativa, el parámetro de densidad se encuentra entre 0 y 1, y si el universo está cerrado con curvatura positiva curvatura el parámetro de densidad es mayor que 1.

El parámetro de densidad se determina a partir de varios métodos, como calcular el número de bariones creados en el Big Bang, contar estrellas en galaxias y observar la dinámica de galaxias cercanas y lejanas. Con algunas incertidumbres bastante grandes, todos los métodos apuntan a que el universo está abierto (es decir, el parámetro de densidad es menor que uno). Pero debemos recordar que es poco probable que hayamos detectado toda la materia en el universo todavía.

Fuente: NASA.

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