¿Cuál es la forma de nuestro universo en el espacio de alta dimensión? Los datos de observación por satélite dan respuestas de referencia.
El sol es el cuerpo celeste más masivo del sistema solar y es sin duda un objeto ideal para la observación. Según las predicciones de la relatividad general, cuando la luz de una estrella distante pasa cerca del Sol, se desvía 1,74 segundos de arco, lo que se puede observar. Debido a que el sol es tan brillante, sólo se realizan observaciones relevantes durante los eclipses solares.
El resultado de esta observación es que la luz de estrellas distantes se desvía cuando pasa cerca del sol. En la Isla Príncipe se observó un ángulo de desviación de 1,61 segundos de arco y en Brasil se observó un ángulo de desviación de 1,98 segundos de arco. Los valores reales observados están muy cerca de los valores teóricos de la relatividad general.
Las observaciones de Eddington demostraron que la relatividad general era correcta. Desde entonces, la gente sabe que el espacio se puede curvar, pero la pregunta es, ¿cómo se curva el espacio? De hecho, no podemos ver este tipo de curvatura en el espacio tridimensional. En otras palabras, sólo en dimensiones superiores podemos ver cómo se curva el espacio.
Según el principio de la cosmología, el universo en su conjunto es equivalente en todas partes, es decir, la masa del universo hará que el universo tenga una curvatura general, y la forma del universo será ser diferente según la curvatura. Teóricamente, el universo podría tener las siguientes tres formas.
Como se muestra en la figura anterior, cuando la curvatura del universo en su conjunto es positiva, la forma del universo es una esfera tridimensional cerrada. Cuando es negativa, es una esfera tridimensional abierta. Superficie de silla dimensional cuando la curvatura del universo en su conjunto es En el tiempo cero, la forma del universo es un espacio plano tridimensional abierto (nota: debido a que no podemos describir cómo se ven las dimensiones superiores, la imagen de arriba en realidad se reduce a uno). dimensión).
Entonces, siempre que conozcas la curvatura del universo, podrás saber cuál es la forma del universo en el espacio de alta dimensión. De hecho, los datos de observación por satélite ya han dado respuestas de referencia sobre la curvatura del universo. Veamos qué está pasando.
En nuestro universo siempre ha habido una competencia entre dos "fuerzas". Una es la gravedad, que tiene el efecto de hacer que la curvatura del universo sea positiva, y la otra es la energía oscura, que promueve la curvatura. expansión del universo y tiene el efecto de hacer que la curvatura del universo sea negativa.
Obviamente, cuando la gravedad y la energía oscura están "igualadas", la curvatura del universo es cero, y dado que la gravedad está estrechamente relacionada con la masa, podemos calcular el equilibrio en función de la tasa de expansión del universo. (Constante de Hubble) gravedad, y luego calcule además la densidad promedio del universo en este caso, que se llama "densidad crítica del universo".
Los científicos creen que si la densidad promedio real medida del universo es mayor que esta "densidad crítica del universo", significa que la curvatura del universo es positiva, y viceversa si las dos lo son. iguales, la curvatura del universo es cero. Entonces, ¿cómo debería medirse la densidad media del universo? Esto depende de la radiación cósmica de fondo de microondas.
La radiación cósmica de fondo de microondas se denomina "el fotón más antiguo del universo" y se produjo en los inicios del universo. Debido a la limitación de la velocidad de la luz, todavía viajan por el espacio hasta ahora.
Debido a que la masa en el universo curva el espacio, los fotones de la radiación cósmica de fondo de microondas pueden desviarse hasta cierto punto durante la propagación. Cuando los observamos, podemos observar un "efecto de lente gravitacional". Al analizar las "lentes gravitacionales", podemos calcular la densidad promedio real del universo.
En resumen, sólo necesitamos conocer la tasa de expansión del universo y el grado de lente gravitacional de la radiación cósmica de fondo de microondas para calcular la densidad crítica del universo y la densidad promedio real del universo. , y luego inferir la curvatura del universo, y ambos datos son observables mediante satélites.
En 2019, un equipo de investigación compuesto por científicos de la Universidad de Oxford, la Universidad de Manchester y la Universidad de La Sapienza publicó un artículo en la revista "Nature" afirmando que basándose en un gran número de observaciones satelitales datos, calcularon que "la densidad crítica del universo" "es de aproximadamente 5,7 protones por metro cúbico, mientras que la "densidad promedio real del universo" es de aproximadamente 6 protones por metro cúbico, que es significativamente mayor que la "densidad crítica del universo". universo."
En otras palabras, este estudio muestra que la curvatura del universo es positiva, lo que significa que en el espacio de alta dimensión, nuestro universo es una esfera tridimensional cerrada.
Debido a la limitada precisión de medición de los satélites, pueden existir ciertos errores en los datos medidos, como "la tasa de expansión del universo" y "el grado de lente gravitacional de la radiación cósmica de fondo de microondas", Por lo tanto, actualmente solo podemos dar esto como respuesta de referencia para los científicos basándose en datos de observación por satélite.
Vale la pena mencionar que si la forma del universo en el espacio de alta dimensión es realmente una esfera tridimensional cerrada, entonces el universo es "limitado e ilimitado". En este caso, si seguimos moviéndonos en la misma dirección en el universo, después de un tiempo suficiente, volveremos al punto de partida.