¿Qué es (en términos relativamente simples) el Teorema Egregium de Gauss y cómo se relaciona con nuestra comprensión del tamaño del universo?

En términos simples, el teorema de curvatura de Gauss ( Theorema Egregium ) establece que se puede medir una curvatura de la superficie desde dentro. Es decir, si estás en una superficie esférica, puedes saberlo. En términos más matemáticos, la curvatura es una propiedad intrínseca. Por lo tanto, puede distinguir estar en una esfera en el espacio 3D o en un plano en el espacio 3D fácilmente , sin necesidad de marcos externos o sin saber nada más.

Esto significa que podemos hacer mediciones sobre cómo es el universo (en algún tipo de sentido de la forma) desde dentro del universo. Por su relación con el tamaño, necesita versiones de mayor dimensión y curvatura en las superficies de Riemann, por lo que se vuelve más complicado. Pero la idea es que aunque esté dentro del universo, puede medir varias propiedades que parecen propiedades externas (después de todo, si está en una esfera realmente grande como la Tierra, es difícil saber que no está en un plano bidimensional , ¿verdad? Esta es la definición aproximada de una variedad bidimensional, por cierto)

sobre el tamaño: nada que yo sepa, pero …
o forma:

(He formado mi respuesta general a continuación de una manera que presenta primero la respuesta más simple, seguida de más detalles, para la persona que está interesada).

La forma del Universo (3-D) se puede determinar mediante mediciones dentro del Universo 3-D: no tenemos que salir a un 4to-D para descubrirlo.

(Además, aunque no es de TE de G, 🙂
El universo debe ser uno de:
o plano
o esférico
o hiperbólico

Mas detalle:

TE de G: cómo los coeficientes métricos varían sobre / a través de una “superficie” dice todo lo que hay que saber sobre su geometría.

(Los “coeficientes métricos” son parte de una forma de medir la distancia en una superficie que es euclidiana (plana) o no euclidiana (esfera o hiperboloide). Para más información sobre esto, sugiero el muy buen conjunto de diapositivas en la página en utexas .edu.)

IOW: La curvatura gaussiana de una superficie dice todo lo que hay que saber sobre su geometría.

(La curvatura gaussiana es una invariante de una superficie a través de operaciones (por ejemplo: arrugas) que no estiran ni comprimen la superficie).

(Es igual a (+/-) 1 / (r1 * r2), donde r1 y r2 son los Radios de Curvatura de las dos Curvaturas más extremas de la superficie (curvas en la superficie intersectada con un plano) .)

(donde el Radio de Curvatura de una curva, c, en un punto, p, es el Radio de Curvatura del Círculo Osculador de c en p)

(donde un Círculo de Osculación (“círculo de besos”) es el círculo (de una curva plana lisa, c, en un punto, p), que es tangente a c en p y tiene la misma curvatura que c en p)

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