Lo spazio sembra espandersi all’infinito in tutte le direzioni, ma questo è solo il nostro modello mentale dell’universo, e non è necessariamente vero. Recentemente, un nuovo studio sulla forma dell’universo ha stabilito una teoria che mira a cambiare la nostra percezione di esso. I ricercatori suggeriscono che l’universo non è piatto, ma potrebbe avere la forma di una ciambella. Conoscere la forma dell’universo ci dirà qualcosa sul suo futuro: espansione infinita o collasso su se stesso?
La cosmologia standard combina la relatività generale e la meccanica quantistica per produrre un modello semplice che rappresenta la distribuzione della materia lungo la storia e le dimensioni dell’universo osservabile. Quindi gli scienziati cercano di determinare la forma esatta dell’universo, infinito, piatto, a forma di ciambella, come riportato in uno studio del 2021.
Secondo l’Univ OregonEsistono tre forme possibili per l’universo: piatto (chiamato anche universo euclideo o universo senza curvatura), iperbolico e sferico. Tutte queste possibilità si basano sul possibile comportamento di linee parallele immaginarie che tessono l’universo e le sue linee. Nel primo caso rimangono parallele, e quindi non si incontrano mai: l’universo è allora infinito e piatto. Nel secondo caso, si incontrano in certi punti (come ai poli della Terra, lì si incontrano linee parallele all’equatore), il che forza un universo curvo. Nel terzo caso, le rette parallele divergono e formano un universo iperbolico.
Tuttavia, la maggior parte delle osservazioni fino ad oggi risulta in un universo piatto, il che significa geometricamente che le linee parallele immaginarie rimangono parallele indefinitamente. Ma la forma non si limita alla geometria. C’è anche la topologia, ovvero come le forme possono cambiare mantenendo le stesse regole geometriche. Inoltre, la relatività generale si occupa solo della geometria locale della varietà spazio-temporale, non della sua topologia. I processi quantistici dell’universo antico possono indurre una topologia “non banale” dello spazio-tempo, con fluttuazioni deboli che possono contenere la prova che l’universo non è piatto.
Recentemente, i ricercatori hanno simulato e analizzato le probabilità di un universo a forma di ciambella, piuttosto che piatto, sulla base dei dati del fondo cosmico a microonde (CMB), il “bagliore naturale dell’universo”. La radiazione CMB sarebbe stata emessa circa 380.000 anni dopo il Big Bang. I loro risultati sono presentati in un articolo disponibile sulla piattaforma di prestampa
arXiv.
Gli inizi di un importante studio topologico
Conoscere la forma del nostro universo ci permetterebbe in qualche modo di conoscerne il futuro. In effetti, l’universo piatto e aperto continuerà ad espandersi all’infinito. A sua volta, l’universo chiuso alla fine collasserà su se stesso a causa della sua stessa gravità, un fenomeno noto come Big Crunch.
Come accennato in precedenza, la geometria è strettamente correlata alla topologia nel contesto dell’universo, dove un oggetto può essere geometricamente piatto, ma avere una forma tridimensionale, come può essere il caso dell’universo. Per capire questa idea, prendiamo un pezzo di carta piatto, dove le linee parallele rimangono parallele, quindi prendiamo i suoi due bordi e arrotoliamolo in un cilindro, e queste linee parallele rimangono le stesse, il che significa che il cilindro è un piano geometrico.
Inoltre, se prendiamo le estremità opposte del foglio cilindrico e le colleghiamo, otteniamo un anello (o ciambella). Questi due elementi sono geometricamente piatti. Un altro esempio di forma stranamente piatta potrebbe essere l’anello di Moebius. Questo cilindro attorcigliato ruota su se stesso di 180 gradi mentre le sue linee parallele originali non si intersecano ancora.
Dovresti sapere che i matematici hanno scoperto 18 possibili topologie 3D in cui almeno una dimensione si avvolge su se stessa. Alcuni possono essere invertiti come una barra di Möbius oppure possono eseguire rotazioni parziali pur rimanendo geometricamente piatti.
Diagramma che illustra il concetto topologico di trasformazione continua: Qui, un oggetto piatto si trasforma in una ciambella. © Plank
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In un universo a ciambella, ogni oggetto potrebbe avere più copie, con posizioni relative determinate dai dettagli della topologia, il che significa rivedere le nostre certezze sul funzionamento, il contenuto e la geometria dell’universo. “Universo…
Una forma dell’universo che va rivalutata
Il lavoro precedente ha dimostrato ipotesi di un universo piatto o a ciambella. Ma i ricercatori del presente studio sottolineano che le misure precedenti erano limitate. Nello specifico, le osservazioni presupponevano che l’universo si avvolgesse su se stesso in una dimensione, quindi la topologia non poteva essere più complicata di così, ignorando le piccole deviazioni di galassie e buchi neri.
Le fluttuazioni osservate nella CMB codificano le informazioni sulla struttura. Tuttavia, le osservazioni della CMB hanno rivelato anomalie strane e inspiegabili, come grandi modelli che appaiono dove non dovrebbero, se l’universo fosse piatto. In effetti, un universo con una topologia complessa potrebbe spiegare almeno alcune delle anomalie nella radiazione cosmica di fondo. Pertanto, questo nuovo studio incoraggia un’ulteriore esplorazione della topologia dell’universo, con studi successivi sulla radiazione cosmica di fondo a microonde.
fonte : arXiv
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