¿Se considera que el universo es plano?

He leído varios artículos y libros (como este ) que indican que no estamos seguros de la geometría del universo, pero hubo experimentos en curso o planeados que nos ayudarían a descubrirlo.

Recientemente, sin embargo, he visto una conferencia del cosmólogo Lawrence Krauss donde parece afirmar categóricamente que el experimento BOOMERanG ha demostrado que el universo es plano . Aquí está la parte relevante de la charla .

He echado un vistazo y todavía hay artículos que dicen que todavía no sabemos la respuesta a esta pregunta, como esta .

Entonces, mi pregunta es doble:

1. ¿Estoy mezclando conceptos y hablando de cosas diferentes?
2. Si no, ¿esta evidencia no es ampliamente aceptada por alguna razón? ¿Qué razón sería esa?

Creo que la razón por la que estás sufriendo de fuentes en conflicto es porque estás mezclando información nueva y antigua, obsoleta. En primer lugar, el libro que citó se publicó en 2001, hace 15 años, y el otro artículo que cita se publicó en 1999, hace 17 años. Se ha realizado mucho trabajo en los últimos 15 años, a menudo bajo el término "cosmología de precisión", en un intento de determinar realmente el contenido preciso, la forma, el tamaño, etc. de nuestro Universo. A principios de la década de 2000, conocíamos la ciencia detrás de todo (sabíamos sobre la materia oscura, la energía oscura, teníamos teorías bien desarrolladas sobre el Big Bang, etc.), pero lo que no teníamos eran números buenos, sólidos y creíbles. para poner en estas teorías, explicando por qué la llanura del universo todavía fue cuestionada en sus fuentes

Te dirigiré a dos observatorios increíblemente importantes que han sido primordiales para lograr nuestro objetivo de tener "buenos números". La primera es la Sonda de Anistropía de Microondas Wilkinson (WMAP) , lanzada en 2001, y la segunda es el satélite Planck , lanzado en 2009. Ambas misiones fueron diseñadas para mirar atentamente la radiación del Fondo Cósmico de Microondas (CMB) e intentar resolver el problema. tesoro de información que se puede obtener de ella. En este sentido, también puede encontrar el Explorador de fondo cósmico (COBE), lanzado en 1989. Este satélite tenía un propósito similar a los otros dos, pero no era tan preciso como las dos misiones posteriores, ya que nos proporcionó buenos números y declaraciones definitivas a principios de la década de 2000. Por esa razón, me centraré principalmente en lo que WMAP y Planck nos han dicho.

WMAP fue una misión de gran éxito que se quedó en el CMB durante 9 años y creó el mapa más detallado y completo de su época. Con 9 años de datos, los científicos realmente pudieron reducir los errores de observación en varias cantidades cosmológicas, incluida la planitud del universo. Puede ver una tabla de sus parámetros cosmológicos finales aquí . Para la planitud, lo que desea hacer es sumar (la densidad de materia bariónica), (la densidad de materia oscura) y (la densidad de energía oscura). Esto le dará el parámetro de densidad general , , que le indica la planitud de nuestro universo. Como estoy seguro de que sabe por sus fuentes, siΩ d Ω Λ Ω 0 Ω 0 < 1 Ω 0 = 1 Ω 0 > 1 Ω 0 = 1.000 ± 0.049 Ω $\Omega_b$$\Omega_d$$\Omega_\Lambda$$\Omega_0$$\Omega_0 < 1$ tenemos un universo hiperbólico, si nuestro universo es plano, y implica un universo esférico. De los resultados de WMAP, tenemos que (alguien puede verificar mis matemáticas) que está muy cerca de uno, lo que indica un universo plano. Hasta donde sé, WMAP fue el primer instrumento en dar una medición verdaderamente precisa de , permitiéndonos decir definitivamente que nuestro universo parece plano. Como usted dice, el experimento BOOMERanG también proporcionó buena evidencia de esto, pero no creo que los resultados hayan sido tan poderosos como los de WMAP.$\Omega_0 = 1$$\Omega_0 > 1$$\Omega_0 = 1.000 \pm 0.049$$\Omega_0$

El otro satélite importante aquí es Planck. Lanzado en 2009, este satélite nos ha proporcionado las mejores mediciones de alta precisión del CMB hasta la fecha. Te dejaré profundizar en sus resultados en su documento , pero el punto clave es que miden la planitud de nuestro universo para ser (calculado a partir de esta tabla de resultados ), nuevamente extremadamente cerca de uno.$\Omega_0 = 0.9986 \pm 0.0314$

En conclusión, los resultados recientes (en los últimos 15 años) nos permiten afirmar definitivamente que nuestro Universo parece plano. No creo que, en este momento, nadie cuestione eso o crea que todavía es incierto. Como suele suceder con la ciencia, responder una pregunta solo ha dado como resultado más preguntas. Ahora que sabemos , tenemos que preguntarnos por qué es uno. La teoría actual sugiere que no debería serlo, que debería ser enormemente pequeño o enormemente grande. Esto se conoce como el problema de planitud . Eso a su vez profundiza en el Principio Antrópico como un intento de respuesta, pero luego, me estoy saliendo del alcance de esta pregunta.$\Omega_0 \simeq 1$

Los supuestos básicos del principio cosmológico significan que el espacio solo puede tener una curvatura escalar constante. Esto puede ser positivo, negativo o cero y un universo plano es uno donde la curvatura es cero.

La curvatura del espacio es algo que se puede medir y se sabe que el valor actual es cercano a cero , no solo de BOOMERanG, sino de observaciones posteriores . La cosmología FLRW de vainilla tiene dificultades para explicar esto y se conoce como el problema de la planeidad . Sin embargo, la opinión convencional es que la inflación cósmica hace un trabajo muy bueno para resolver este problema.

Sin embargo, un universo verdaderamente plano debe tener una curvatura espacial de exactamente cero a gran escala, por lo que para determinar realmente si el universo es plano, incluso el uso de una serie de suposiciones razonables requiere una medición exacta, lo cual es imposible. Por lo tanto, la observación nunca puede descartar la posibilidad de que el Universo tenga una curvatura positiva o negativa muy pequeña.

Además, si relaja ligeramente el principio cosmológico de su interpretación más estricta, la curvatura escalar no determina completamente la topología del Universo, abriendo la puerta a las llamadas topologías exóticas. Por ejemplo, un universo plano podría tener una topología toroidal y ser compacto (de volumen espacial finito).

Usted pregunta "¿Estoy mezclando conceptos y hablando de cosas diferentes?" No tengo forma de saber si eres o no, pero el título de tu publicación y la primera oración están en desacuerdo. Su pregunta "¿Se considera que el Universo es plano?" se refiere a la curvatura, que, por sí sola, no determina completamente la geometría, mientras que la afirmación "no estamos seguros de la geometría del universo, pero hubo experimentos en curso o planeados que nos ayudarían a descubrir" puede estar hablando de algo mas general.

El primero de sus enlaces es el libro de Jeffrey Weeks, The Shape of Space , que concentra mucha atención en la topología del espacio. La Tabla 19.1 en la página 186 enumera algunas topologías posibles para los casos de espacio curvo positivo, plano y curvo negativo. La misma página contiene la sorprendente declaración "Cuando apareció la primera edición de este libro en 1985, muchos cosmólogos desconocían por completo las variedades cerradas con geometría plana o hiperbólica". Tengo curiosidad por saber si es una caracterización justa.

En la página anterior de ese libro (página 185), la evidencia, a partir de 2001, para una geometría plana se describe brevemente. En particular, existe la afirmación de que "Nuevos datos (provenientes de estudios de supernovas distantes y la radiación de fondo cósmico de microondas) hacen un fuerte argumento de que el universo visible no es hiperbólico, sino plano". La misma página contiene la pregunta "¿El universo está cerrado o abierto? En otras palabras, ¿el espacio es finito o infinito?" y la respuesta "En pocas palabras, no lo sabemos". Los dos últimos capítulos del libro discuten "Cristalografía cósmica" y "Círculos en el cielo", dos enfoques de observación propuestos para la topología del universo.

Aparentemente, el trabajo en la topología del universo continúa activo. Scholarpedia contiene una revisión reciente .

Sí, se considera que es espacialmente plano en las escalas más grandes que podemos observar, pero debemos recordar que las mediciones científicas vienen con incertidumbres, y nuestros modelos pueden ser reemplazados por otros mejores. En la actualidad, tenemos observaciones que dicen que el universo es espacialmente plano con un alto grado de precisión, pero todavía hay un margen de maniobra allí para que sea ligeramente curvado que no podemos descartar. Además, solo podemos observar la parte del universo que podemos ver, no podemos saber que el resto del universo tiene la misma curvatura que nuestra porción. Tenemos una comprensión teórica de que sería muy difícil para el universo estar cerca de un plano, sin estar extremadamente cerca de un plano, por lo que esperamos que esté extremadamente cerca de un plano. Pero las teorías pueden ser reemplazadas y generalmente son,exactamente plano

Pero la conclusión es que tenemos observaciones muy buenas y una buena teoría (la teoría de la inflación y el hecho de que la planitud es inestable con la edad bajo la relatividad general), que coinciden en que el universo en las escalas más grandes que podemos observar es muy Cerca de espacialmente plana. Por lo tanto, podemos crear un modelo en el que sea plano y usar ese modelo con éxito. Eso es todo lo que obtienes en ciencia.

Solo para agregar a la respuesta de @zephyr, LISA disparó 3 láseres en el espacio para formar un triángulo para medir la planeidad del espacio: si la suma de los 3 ángulos es exactamente 180 grados, entonces el espacio es plano; la desviación de 180 grados le indica cuánto se curva el espacio y la orientación de la curvatura. Pero si el tamaño del espacio es demasiado pequeño, entonces los ángulos sumarán exactamente 180 grados; Esto es como mirar la superficie de la Tierra y pensar que se ve plana cuando en realidad es redonda. LISA midió exactamente 180 grados, por lo que el espacio es plano o podemos restringir la curvatura del espacio en escalas más grandes con barras de error.

EDITAR: Fue LISA, no WMAP, quien realizó el experimento con láser. Gracias a @zephyr por la corrección.