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GEOMETRÍA DEL UNIVERSO
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GEOMETRÍA DEL UNIVERSO
Saludos!
Me gustaría compartir con todos ustedes una duda sobre la geometría del Universo.
Parece ser que la opinión más extendida en la Cosmología es que el Universo es plano e infinito. La verdad, las implicaciones de que sea plano se me escapan; pero el que sea infinito me resulta anti intuitivo. Me explico: Si el espacio – tiempo es infinito, y está comprobado que, incluso en el vacío, “hay” energía… ¿Eso quiere decir que el Universo, entendido como un sistema físico en conjunto, contiene energía infinita? ¿Eso no es problemático respecto a la Termodinámica? ¿No podría haber procesos físicos que violen el principio de conservación de la energía a nivel de todo el Universo, ya que aunque se sustraiga energía del proceso, ésta es intrínsecamente infinita?
No sé si me estoy expliando correctamente y, por supuesto, carezco del conocimiento matemático necesario para “ver” de forma veraz las propiedades del Universo, pero de forma conceptual, esto me rompe.
Agradezco mucho cualquier comentario, ¡gracias por leerme!
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8 Respuestas
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Me considero un ignorante porque todo lo que pienso lo he ido masticando solo a lo largo de los años. Sólo últimamente he ido aprendiendo conocimientos para confirmar o refutar lo que creo. Dicho esto puedo estar diciendo algo ya totalmente probado o refutado. Mi teoría es:
Bajando el espacio en una dimensión(imaginemos que el espacio es de 2 dimensiones, para que la idea entre en nuestros cerebros tridimensionales). Imaginemos que el espacio conocido o que podemos observar es una esfera, esto sería nuestro universo. Más bien es un globo que se está inflando, y su superficie es nuestro espacio conocido por donde podemos movernos sin salir de él ni percibir lo que está fuera. Ahora este universo (globo) está en expansión permanente debido a una presión interna (osea perpendicular a la superficie, no la podemos percibir). Pero, siendo que este material del que está hecho el globo no es homogéneo, presenta densidad heterogénea, zonas o puntos con mayor masa que otras. De ser así el globo no se expande de manera homogénea, sino que algunas zonas se expanden más rápidos que otras, y esto conlleva a tensiones internas en la superficie. Estas fuerzas sí las podemos observar porque están justamente en la superficie, en nuestro universo conocido y observado. Ahora agreguemos otra consideración. Esta dirección de expansión, que es una dimensión espacial más, que no podemos ver, es lo que llamamos tiempo. Ni más ni menos. No lo podemos ver, sólo lo percibimos, y objetos de gran masa, al expandirse más lento que el resto, quedan rezagados “temporalmente” de zonas del universo de menor masa. Si nosotros nos moviéramos de un punto de masa menor a otro de masa mayor, estaríamos viajando no solo en nuestro espacio, sino también en el tiempo hasta llegar a nuestro destino y coincidir en aquel punto del tiempo (que es un punto en el espacio pero en la dimensión “extra”). Por ello a pesar de que el tiempo transcurre diferente para cada uno, no es algo que podamos distinguir. Un agujero negro, que es muuuuuy masivo, sería una zona que no se expandió como el resto del universo (imaginen el globo con un punto menos “inflado” que el resto).
Permitime agregar algo más todavía. Imaginemos que todo este globo en expansión rota en un sentido. Aparecería entonces, además de la presión interna que causa la expansión y la tensión superficial, una fuerza centrípeta en toda la superficie del globo, que apunta hacia el eje de rotación. Podríamos decir que es perpendicular a la superficie y por ello no la notamos, pero como la superficie del globo se encuentra deformada por no ser homogénea, no lo es. Y al no ser perpendicular, existe una proyección de esta fuerza centrípeta sobre la superficie que ¡mirá vos! sí actúa sobre ella (esto es que podemos percibir), y apunta siempre a los elementos de mayor masa, esto es, a los que están desfasados en el tiempo. ¿Y qué fuerza es atractiva hacia las masas sin contacto? La gravedad!.
Resumiendo mi loca teoría: El universo es una especie de burbuja en rotación y en constante expansión. La superficie de esta burbuja es de 3 dimensiones y es nuestro universo observable, y el tiempo es sólo una dimensión espacial más que no podemos ver, que es la dirección de expansión de la burbuja. La falta de homogeneidad del espacio provoca la deformación de la burbuja. Y la rotación produce una fuerza centrípeta. La deformación combinada con la rotación produce una proyección de la fuerza centrípeta sobre la superficie de la burbuja (el espacio) que es la gravedad.
¿Qué tal? 😀
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Hola,
Muy interesante la idea de reducir una dimensión nuestro Universo tridimensional para poder visualizar de una forma más intuitiva qué es en realidad. Coincido completamente en la idea de que si nuestro Universo fuera bidimensional, no sería plano como una hoja de papel, sino que sería más bien la cáscara de una esfera en constante expansión.
En lo que no estoy de acuerdo es en asemejar esa tercera dimensión adicional en la que ocurre la expansión con el tiempo. El Universo era algo estático e inmovil en un principio, una “nada” en la que no ocurría nada, y en la que por tanto no existía el tiempo. Como una película en la que se ha dado el “pause” y ha quedado con una imagen congelada. Hasta que, en un momento dado, ocurre un cambio espontáneo, que causa la aparición de más cambios similares en un efecto dominó. Eso es el tiempo, el cambio de un sistema absolutamente inmovil y estático, a otro en el que ocurren cambios.
Actualmente, se considera que nuestro Universo tridimensional tuvo su origen en el Big-Bang. Esa teoría supone que hubo un momento inicial en el cual el espacio-tiempo estaba comprimido en un punto infinitamente pequeño y denso. El Big-Bang consiste en la explosión de ese punto y la consiguiente expansión del espacio-tiempo. Dicha expansión conlleva una disminución de la densidad, puesto que cada vez ocupa más volumen, que a su vez produce un enfriamiento, gracias al cual se condensa parte de la energía en forma de partículas de materia.
Vamos a suponer que el Big-Bang no fue algo tan espectacular, sino simplemente la aparición espontánea de una “irregularidad” puntual, sin entrar en más detalles de momento sobre la naturaleza de esa irregularidad. No se trata de ninguna explosión, sino simplemente de un “cambio de estado” espontáneo de una porción mínima del vacío inicial; lo importante es que esa irregularidad puntual introduce una inestabilidad en el sistema: A partir de ese momento podríamos asignar a cada punto del vacío inicial que está en contacto con esa irregularidad inicial una probabilidad mayor que cero de transformarse a sí misma, y cambiar también de manera espontánea.
Con la aparición de una de estas irregularidades,
se crea también un cierto número de dimensiones espaciales, y ESTO estimula la
propagación de dicha irregularidad en todas las direcciones definidas por
dichas dimensiones espaciales.Imaginemos por un momento que aparece en el vacío inicial una de estas semillas con un número de dimensiones asociado n=3. Inmediatamente, las capas del vacío inicial en contacto con la semilla se tornan inestables, y acaban apareciendo espontáneamente puntos espaciales con n=3; un comportamiento colectivo y ordenado, inducido por una singularidad inicial. Esta cadena de transformaciones puntuales se expande en todas direcciones con una simetría de esfera. A partir del punto inicial en que apareció el primer punto espacial, el vacío circundante empieza a transformarse en espacio dimensional.
Bien, el universo creado por la semilla de nuestro ejemplo, NO se correspondería con el volumen tridimensional de la esfera en expansión, sino con la superficie bidimensional que forma la cáscara de dicha esfera, es allí donde tienen lugar los procesos dinámicos que permiten la aparición de estructuras complejas (como por ejemplo, partículas materiales); el volumen de la esfera no es más que el contenedor del universo. La expansión de dicha esfera no se produce de una manera completamente homogénea, la superficie de separación entre esfera y vacío inicial (la cáscara de la esfera que se expande, nuestro modelo de universo bidimensional) es un hervidero, está en todo momento salpicada de multitud de pequeñísimas fluctuaciones que aparecen, y desaparecen casi inmediatamente al ser absorbidas por la propia expansión. Esto es así por que el motor de la expansión es un proceso aleatorio, generado por la aparición espontánea de puntos dimensionales a partir de un punto inicial.
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En fin, no puedo evitar que me de rabia esa frasecita de “El universo es plano e infinito”.
En mi opinion de ignorante es no comprender ni someramente la teoria general de la relatividad.
Todo lo mas que se puede decir es “Si en el universo no hubiera gravedad entonces ese espacio tiempo tendria una forma que matematicamente podemos describir como un espacio vectorial con bases ortogonales que se pueden describir a traves de aplicaciones lineales… o algo asi…. ” Ains me estoy poniendo en plan rollo… En fin, la forma de una “pequeña region” (esto es un termino relativo) del espacio-tiempo se puede considerar “localmente” como una aproximacion “plana” (¿Quiza seria mejor decir cubica o hipercubica…. cuatrupla [tiempo-¿Energia?, espacio-x, espacio-y, espacio-z]). En fin el asunto es que el infinito es una suposicion matematica no comprobable experimentalmente y oye si la relatividad general afirma que el espacio-tiempo se deforma…. Pues su forma no es “Plana”, todo lo mas podriamos pensar que si nada produjera gravedad (¿La materia y los agujeros negros producen gravedad?) entonces el universo (el espacio-tiempo) estaria en un estado de equilibrio plano y supuestamente infinito.
Claro que asi es como lo entiendo yo y puedo estar equivocado. Pero si el espacio-tiempo es plano e infinito ¿Como explicamos las cruces de Einstein? ¿Es plano en esa region del universo? En fin, luego que enfoque le damos a eso…. ¿Holistico o Reduccionista? Desde luego desde un enfoque reduccionista si una parte “no es plana” pues el total no puede ser “plano”. Y desde el enfoque Holistico ¿Alquien ha visto la totalidad del universo para saber como es? ¿Como se sale del universo para verlo desde fuera? ¿Que nos metemos en las teorias esas de los multiversos y miramos desde otro universo? ¿No es eso mucha ciencia ficcion?. En fin, que si, que el universo es plano e infinito, que lo dicen los señores Doctorados… Ahora ¿Puedo pensar de manera diferente o como en 1984 tienen estos señores policias del pensamiento?
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Bueno a ver cuanto tardan en salir con eso de que las mediciones… Indican.
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Si ayuda a entender, el principio de conservación de la energía se cumple sí y sólo sí el tiempo es simétrico. Por ejemplo, los fotones que atraviesan el espacio intergaláctico pierden irreversiblemente energía por la expansión del universo. Su energía simplemente desaparece. Desconozco si la energía está bien definida en un espacio-tiempo curvo.
Hay culturas que tienen cinco números: uno, dos, tres, cuatro, muchos (Bah, desconozco si es así, aceptenmé la fábula). El física el infinito cumple este rol: si hay arbitrariamente muchos elementos, o algo está arbitrariamente lejos se la considera infinito. Es como la alfombra donde escondemos lo que no conocemos o no se puede conocer por el ruido presente en los instrumentos de medición.
¡Saludos!
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Me ha parecido un hilo de conversación y un planteamiento muy interesante. Por ello me voy a animar a dar un poco de “luz” sobre las hipótesis más plausibles que circulan sobre la geometría del universo teniendo en cuenta las medidas, observaciones y datos de las que se disponen en la actualidad.
Estas hipótesis están fundamentadas en una rama de las matemáticas que se denomina topología y que en especial se centra en ciertas propiedades que comparten unas entidades matemáticas denominadas espacios topológicos, especialmente aquellas que no varían dentro del mismo “grupo” de espacios topológicos (lo que se conoce como invariantes).
Para entenderlo mejor voy a poner un par de ejemplos de objetos cotidianos que a pesar de tener una geometría claramente diferente (distinta forma) en realidad topológicamente son idénticos (pueden transformarse el uno en el otro mediante deformaciones pero sin abrir “agujeros”): un vaso y una esfera son topológicamente idénticos al igual que son también idénticos una taza con asa y un donut.
En términos del universo lo que nos conviene estudiar es la geometría global (la local solo puede intuirse ya que está sesgada por el hecho de que estamos en el centro de nuestro universo observable al no haber llegado aún la luz de todas las partes del cosmos a la Tierra). Con respecto a la topología global se estudian los que se podrían llamar de manera coloquial como límites, curvatura y conectividad del universo, es decir, si es finito o infinito, si es conexo o no-conexo y si es plano, tiene curvatura positiva (“esférico”) o curvatura negativa (geometría hiperbólica).
De hecho se ha “medido” el parámetro de curvatura cosmológico y se ha obtenido un valor de 0,000+-0,005 que apunta a que es más probable que el universo topológicamente sea plano e infinito. El problema es que la incertidumbre de la medida es lo suficientemente grande como para no poder diferenciar con ella de manera clara y unívoca si se corresponde a una topología infinita y plana (de curvatura cero) o a una topología de curvatura positiva (esférica) pero de radio “enormérrimo” (motivo por el que percibimos la topología local como si fuera plana). De hecho, no nos permite afirmar tampoco si es finito o infinito (de ahí que en la frase anterior utilizara la palabra “enormérrimo” en vez de infinito para el radio).
Vamos que en definitiva, matemáticamente no están seguros y no lo saben con certeza.
Pero si os interesa mucho el tema os dejo aquí el enlace a un pdf de ArXiv de un documento extenso sobre topología cosmológica para que le echéis un ojo: https://arxiv.org/pdf/gr-qc/9605010.pdf
Un saludo!
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Me gustaría compartir algunas consideraciones a lo planteado por Opario:
Dice Opario: «Parece ser que la opinión más extendida en la Cosmología es que el Universo es plano e infinito.»
No, exactamente: como lo indica Jocamsc, las mediciones más precisas con que contamos indican que, a muy grande escala, el universo observable tiene una curvatura muy cercana a cero. Lo anterior significa que el margen de error en esta medición da para que sea posible tanto que tenga curvatura negativa, como nula o positiva. Ahora bien, si el universo en su conjunto tiene curvatura nula o negativa, y tiene topología trivial, entonces es infinito.
Dice Opario: «Si el espacio – tiempo es infinito, y está comprobado que, incluso en el vacío, “hay” energía… ¿Eso quiere decir que el Universo, entendido como un sistema físico en conjunto, contiene energía infinita? ¿Eso no es problemático respecto a la Termodinámica? ¿No podría haber procesos físicos que violen el principio de conservación de la energía a nivel de todo el Universo, ya que aunque se sustraiga energía del proceso, ésta es intrínsecamente infinita? »
Si consideramos que el universo es todo lo existente, no hay ninguna forma de sustraer energía de él.
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Gracias por su respuesta. Muy clarificadora.
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