En el episodio de Los Simpson donde hace aparición el célebre Stephen Hawking, éste admite que la teoría de Homero sobre un universo en forma de rosquilla es tan intrigante, que piensa en robársela. Ahora, en tal vez una nueva predicción de la serie, científicos aseguran que efectivamente podría ser así.
Crédito: ESO/J. Law.
«Podríamos decir que hemos encontrado el tamaño del Universo», dijo a Live Science el astrofísico Thomas Buchert, de la Universidad de Lyon en Francia.
Al examinar la luz del universo muy temprano, Buchert y su equipo han deducido que nuestro cosmos puede estar conectado de forma múltiple, lo que significa que el espacio está cerrado sobre sí mismo en las tres dimensiones como una rosquilla tridimensional.
Tal universo sería finito y, de acuerdo con sus resultados, todo nuestro cosmos podría ser solo de tres a cuatro veces más grande que los límites del universo observable, a unos 45 mil millones de años luz de distancia.
Los físicos usan el lenguaje de la relatividad general de Einstein para explicar el universo. Ese lenguaje conecta los contenidos del espacio-tiempo con la flexión y deformación del espacio-tiempo, que luego les dice a esos contenidos cómo interactuar. Así es como experimentamos la fuerza de la gravedad.
En un contexto cosmológico, ese lenguaje conecta el contenido de todo —materia oscura, energía oscura, materia regular, radiación y todo lo demás— con su forma geométrica general.
Geometría universal
Durante décadas, los astrónomos habían debatido la naturaleza de esa forma: si nuestro universo es «plano» (lo que significa que las líneas paralelas imaginarias permanecerían paralelas para siempre), «cerrado» (las líneas paralelas eventualmente se cruzarían) o «abierto» (esas líneas divergirían).
Esa geometría del universo dicta su destino. Los planos y abiertos continuarían expandiéndose para siempre, mientras que uno cerrado eventualmente colapsaría sobre sí mismo.
Múltiples observaciones, especialmente del fondo cósmico de microondas (el destello de luz lanzado cuando nuestro Universo tenía solo 380.000 años), han establecido firmemente que vivimos en un universo plano. Las líneas paralelas permanecen paralelas y nuestro universo seguirá expandiéndose.
Pero hay más formas que geometría. También está la topología, que es cómo las formas pueden cambiar manteniendo las mismas reglas geométricas.
Por ejemplo, tome una hoja de papel plana. Obviamente es plano —las líneas paralelas permanecen paralelas—. Ahora, tome dos bordes de ese papel y enróllelo en un cilindro. Esas líneas paralelas siguen siendo paralelas: los cilindros son geométricamente planos. Ahora, tome los extremos opuestos del papel cilíndrico y conéctelos. Eso crea la forma de una rosquilla, que también es geométricamente plana.
Si bien nuestras medidas del contenido y la forma del universo nos dicen su geometría —plana—, no nos dicen sobre la topología. No nos dicen si nuestro universo está conectado de forma múltiple, lo que significa que una o más de las dimensiones de nuestro cosmos se conectan entre sí.
Mirando la luz
Mientras que un universo perfectamente plano se extendería hasta el infinito, uno plano con una topología de múltiples conexiones tendría un tamaño finito. Si pudiéramos determinar de alguna manera si una o más dimensiones están envueltas sobre sí mismas, entonces sabríamos que el universo es finito en esa dimensión. Entonces podríamos usar esas observaciones para medir el volumen total.
Pero, ¿cómo se revelaría un universo con múltiples conexiones?
Un equipo de astrofísicos de la Universidad de Ulm en Alemania y la Universidad de Lyon en Francia examinó el fondo cósmico de microondas (CMB). Cuando el CMB se formó, nuestro Universo era un millón de veces más pequeño de lo que es hoy, por lo que si nuestro universo está realmente conectado de manera múltiple, entonces era mucho más probable que se envolviera sobre sí mismo dentro de los límites observables del cosmos en ese entonces.
Esta imagen del satélite Planck revela el fondo cósmico de microondas, la luz más antigua de nuestro cosmos. Esta imagen de CMB muestra fluctuaciones de temperatura que corresponden a regiones de densidad ligeramente diferente. Crédito: ESA/Planck.
Hoy, debido a la expansión del universo, es mucho más probable que la envoltura se produzca a una escala más allá de los límites observables, por lo que la envoltura sería mucho más difícil de detectar. Las observaciones del CMB nos brindan nuestra mejor oportunidad de ver las huellas de un cosmos conectado de forma múltiple.
El equipo examinó específicamente las perturbaciones —el elegante término físico para golpes y contoneos—, en la temperatura del CMB. Si una o más dimensiones de nuestro universo se conectaran consigo mismas, las perturbaciones no podrían ser mayores que la distancia alrededor de esos bucles. Simplemente no encajarían.
«En un espacio infinito, las perturbaciones en la temperatura de la radiación CMB existen en todas las escalas. Sin embargo, si el espacio es finito, entonces faltan aquellas longitudes de onda que son mayores que el tamaño del espacio», explicó Buchert.
En otras palabras: habría un tamaño máximo para las perturbaciones, lo que podría revelar la topología del universo.
Haciendo la conexión
Los mapas del CMB hechos con satélites como el WMAP de la NASA y el Planck de la ESA ya han visto una cantidad intrigante de perturbaciones faltantes a gran escala. Buchert y sus colaboradores examinaron si esas perturbaciones faltantes podrían deberse a un universo con múltiples conexiones.
Para hacer eso, el equipo realizó muchas simulaciones por computadora de cómo se vería el CMB si el Universo fuera un toroide, que es el nombre matemático de una rosquilla gigante tridimensional, donde nuestro cosmos está conectado consigo mismo en las tres dimensiones.
«Por lo tanto, tenemos que hacer simulaciones en una topología determinada y comparar con lo que se observa», dijo Buchert. «Las propiedades de las fluctuaciones observadas del CMB muestran entonces una “energía faltante” en escalas más allá del tamaño del universo».
Esta potencia faltante significa que las fluctuaciones en el CMB no están presentes en esas escalas. Eso implicaría que nuestro universo está conectado de forma múltiple, y es finito, en esa escala de tamaño.
«Encontramos una coincidencia mucho mejor con las fluctuaciones observadas, en comparación con el modelo cosmológico estándar que se cree que es infinito», agregó. «Podemos variar el tamaño del espacio y repetir este análisis. El resultado es un tamaño óptimo del universo que mejor coincide con las observaciones de CMB. La respuesta de nuestro artículo es claramente que el universo finito coincide mejor con las observaciones que el modelo infinito».
El equipo descubrió que un universo con múltiples conexiones entre tres y cuatro veces más grande que nuestra burbuja observable coincidía mejor con los datos de CMB. Si bien este resultado técnicamente significa que podría viajar en una dirección y terminar de regreso donde comenzó, no podría lograr eso en realidad.
Vivimos en un universo en expansión y, a gran escala, el cosmos se está expandiendo a un ritmo más rápido que la velocidad de la luz, por lo que nunca podría ponerse al día y completar el ciclo.
Buchert enfatizó que los resultados aún son preliminares. Los efectos de los instrumentos también podrían explicar las fluctuaciones que faltan a gran escala.
Aún así, es divertido imaginarse viviendo en la superficie de una rosquilla gigante y que Homero Simpson tenía razón.
Fuente: Live Science. Edición: MP.
Astrofísicos dicen que nuestro universo podría ser en realidad una rosquilla gigante