En las escalas más grandes, la fuerza más fuerte que afecta la evolución del universo es la gravedad. El resto de las fuerzas son débiles en comparación: las fuerzas fuertes y débiles son fuerzas de corto alcance, y la fuerza electromagnética es insignificante porque la mayor parte del universo es eléctricamente neutral.
La gravedad fue descrita de manera clásica por la dinámica newtoniana, que considera el espacio como estático, inmutable, plano.
Aquí hay una visualización en 2D del espacio plano:
- ¿Es correcto suponer que el Big Bang sigue ocurriendo?
- ¿Podemos probar otros universos fuera del nuestro?
- ¿Qué hay presente fuera del espacio negro que vemos en la noche?
- ¿Hay algún experimento concebible que pueda medir la expansión del espacio localmente?
- Cuando las personas hablan sobre el ancho o el tamaño de un agujero negro, ¿están hablando sobre la singularidad real o la esfera de su horizonte de eventos?
Las reglas geométricas para este espacio fueron formuladas ya en el siglo III aC por Euclides. Y debido a que la dinámica newtoniana veía el espacio como plano, podría hacer uso de la geometría euclidiana. El sello distintivo de este espacio es que los ángulos de cualquier triángulo suman 180 grados.
Pero a principios de 1900, Einstein volvió a imaginar la naturaleza del espacio y el tiempo, y su relación con la masa y, por lo tanto, con la gravedad. Einstein demostró que la posición era insuficiente para identificar completamente un evento, y que el momento en que se estaba produciendo un evento era igualmente necesario. De hecho, concibió el espacio y el tiempo como “dimensiones” intercambiables, y argumentó que concebir los dos como una manifestación de la misma cosa, “espacio-tiempo”, era necesario para una comprensión adecuada de la gravedad.
Además de esta visión del espacio-tiempo, desarrolló su propia teoría de la gravedad, la Relatividad general. GR ve la masa como espacio-tiempo “curvo”, y el espacio-tiempo como causante de cambios en las trayectorias de los objetos. Por ejemplo, la razón por la cual la tierra gira alrededor del sol es porque la masa del sol se curva en el espacio-tiempo, produciendo una forma curva para que la tierra la siga. La tierra misma solo quería tomar un camino recto a través del espacio, pero debido a que el espacio en sí mismo era curvo, su movimiento es circular.
Eso es genial. Para describir el movimiento causado por la gravedad, solo necesita observar la forma resultante de la curvatura.
Pero para describir esta nueva comprensión de la gravedad, Einstein tuvo que usar una geometría más general que la del espacio plano de Euclides. Como el espacio-tiempo no tiene que ser plano, debemos estar preparados para otros tipos de geometrías. Consideraremos que están en 2 dimensiones, porque las 4 dimensiones del espacio-tiempo son un poco difíciles de visualizar (tenía un amigo que podía visualizarlo).
Dijimos que el sello distintivo de los espacios planos es que los ángulos de todos los triángulos deben sumar 180 grados. ¿Cuándo no es ese el caso?
En dos casos En lo que se llama espacios positivamente curvos, o “universos cerrados”, la suma de los ángulos de un triángulo siempre es mayor que 180 grados. Del mismo modo, en espacios con curvas negativas, o “universos abiertos”, la suma de los ángulos de un triángulo siempre es inferior a 180 grados. Esos se ven así:
¿Qué tiene eso que ver con la planitud del universo? ¡Para saber si el espacio-tiempo es plano o no, todo lo que tienes que hacer es medir los ángulos de cualquier triángulo! Salga, elija un triángulo lo suficientemente grande que se extienda fuera de nuestra galaxia y mida los ángulos resultantes. Después de unas horas, se dará cuenta de que hacer esto en la práctica es más complicado que en el papel, y puede haber formas más fáciles de resolverlo.
¿Recuerdas que las masas hacen que el espacio-tiempo se doble? Tal vez podamos mirar la masa misma, o más generalmente, la energía contenida en un determinado espacio, y descubrir cuál es la “flexión” resultante. Y eso es exactamente lo que se hace en la práctica. Los cosmólogos miran un parámetro llamado parámetro de densidad, que proporciona la energía total en una cantidad dada de espacio. El valor de este parámetro es una de las observaciones más acordadas en cosmología en la actualidad. Usando este parámetro, que puede calcularse de varias maneras independientes, derivan que el espacio-tiempo, y por lo tanto el universo, está notablemente cerca de ser descrito como un espacio plano.
De hecho, la notable cercanía de nuestro universo a un espacio plano se sintió tan arbitraria que los cosmólogos intentaron explicarlo a través de varias otras teorías (“Inflación” es la más famosa).
Así es como se imagina un universo plano, como un universo donde los triángulos suman 180 grados. Bien, ¿eh?
Ahora los científicos no están tan convencidos de que el espacio sea infinito como lo son de que el espacio es plano. Pero para imaginarlo, simplemente piense en una hoja de papel (porque es plana) y extiéndala para siempre en todas las direcciones. ¡Ahí tienes!
Fuentes:
Introducción a la cosmología. Barbara Ryden
