Un gran círculo finito para explorar.
Imagina un universo en el que podrías apuntar una nave espacial en una dirección y, finalmente, volver al punto de partida. Si nuestro universo fuera una dona finita, entonces tales movimientos serían posibles y los físicos podrían potencialmente medir su tamaño.
“Podríamos decir: ahora conocemos el tamaño del Universo“, dijo el astrofísico Thomas Buchert, de la Universidad de Lyon, Centro de Investigación Astrofísica en Francia.
Al examinar la luz de un universo muy temprano, Buchert y un equipo de astrofísicos 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 el universo (materia oscura, energía oscura, materia regular, radiación y todo lo demás) con su forma geométrica general.
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 universos planos y abiertos continuarían expandiéndose para siempre, mientras que un universo 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, toma 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, es 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.
Mira la luz
Mientras que un Universo perfectamente plano se extendería hasta el infinito, un Universo 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 del Universo.
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 se lanzó el CMB, 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.
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 universo conectado de forma múltiple.
