O universo é considerado plano?

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Eu li vários artigos e livros (como este ) afirmando que não temos certeza sobre a geometria do universo, mas havia experimentos em andamento ou planejados que nos ajudariam a descobrir.

Recentemente, porém, assisti a uma palestra do cosmólogo Lawrence Krauss, onde ele parece afirmar categoricamente que o universo foi provado ser plano pelo experimento BOOMERanG . Aqui está a parte relevante da palestra .

Eu olhei em volta e ainda há artigos informando que ainda não sabemos a resposta para esta pergunta, como esta .

Então, minha pergunta é dupla:

  1. Estou misturando conceitos e falando sobre coisas diferentes?
  2. Se não, então essa evidência não é amplamente aceita por algum motivo? Que razão seria essa?
ivanmp
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A resposta curta é que o universo costumava estar dentro das barras de erro de ser plana, e ainda está dentro das barras de erro de ser plana, mas as barras de erro ficaram muito menores. Quando as pessoas dizem que coisas como "é simples", "é provado que é simples", e assim por diante, elas estão sendo desleixadas com o idioma, omitindo o qualificador "para dentro das barras de erro".
quer
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O truque com um universo plano é que nunca podemos realmente medi-lo definitivamente. Pense nisso - se o universo fosse significativamente esférico, poderíamos ter certeza de que ele é esférico mesmo com medições incertas (por exemplo, curvatura de 1,5 ± 0,1 ainda significaria "sim, esférico"). Mas, para ter certeza de que é plana , é necessário ter medidas infinitamente precisas - qualquer "barra de erro" transforma uma medida de 1 em "talvez um pouco hiperbólica, talvez plana, talvez um pouco esférica". O melhor que podemos dizer é "é pelo menos este apartamento".
Luaan

Respostas:

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Acho que o motivo pelo qual você está sofrendo com fontes conflitantes é que está misturando informações novas e antigas e desatualizadas. Primeiro, o livro que você citou foi publicado em 2001 - há 15 anos - e o outro artigo que você citou foi publicado em 1999 - há 17 anos. Nos últimos 15 anos, houve muito trabalho, muitas vezes sob o termo "cosmologia de precisão", na tentativa de realmente determinar o conteúdo, forma, tamanho, etc. precisos do nosso Universo. No início dos anos 2000, já sabíamos a ciência por trás de tudo (sabíamos sobre matéria escura, energia escura, tinha teorias bem desenvolvidas sobre o Big Bang etc.), mas o que não tínhamos era um número bom, sólido e crível. para colocar nessas teorias, explicando por que a planicidade do universo ainda era contestada em suas fontes.

Vou direcioná-lo para dois observatórios incrivelmente importantes que foram fundamentais para alcançar nosso objetivo de ter "bons números". O primeiro é o Wilkinson Microwave Anistropy Probe (WMAP) , lançado em 2001, e o segundo é o satélite Planck , lançado em 2009. Ambas as missões foram projetadas para olhar atentamente para a radiação Cosmic Microwave Background (CMB) e tentar classificar o tesouro de informações que podem ser obtidas a partir dele. Nesse sentido, você também pode encontrar o Cosmic Background Explorer (COBE), lançado em 1989. Este satélite tinha um objetivo semelhante aos outros dois, mas não era tão preciso quanto as duas missões posteriores, a fim de fornecer bons números e declarações definitivas no início dos anos 2000. Por esse motivo, vou me concentrar principalmente no que WMAP e Planck nos disseram.

O WMAP foi uma missão de enorme sucesso, que encarou o CMB por 9 anos e criou o mapa mais detalhado e abrangente de seus dias. Com 9 anos de dados, os cientistas foram realmente capazes de reduzir os erros observacionais em várias quantidades cosmológicas, incluindo a planicidade do universo. Você pode ver uma tabela de seus parâmetros cosmológicos finais aqui . Para o nivelamento, o que você deseja fazer é adicionar (densidade da matéria bariônica), (densidade da matéria escura) e (densidade da energia escura). Isso fornecerá o parâmetro de densidade geral , , que informa a uniformidade do nosso universo. Como eu tenho certeza que você sabe de suas fontes, seΩbΩdΩΛΩ0Ω0<1 temos um universo hiperbólico, se nosso universo é plano e implica um universo esférico. A partir dos resultados do WMAP, temos o (alguém pode verificar minha matemática) que está muito próximo de um, indicando um universo plano. Até onde eu sei, o WMAP foi o primeiro instrumento a fornecer uma medição realmente precisa de , permitindo dizer definitivamente que nosso universo parece plano. Como você diz, o experimento BOOMERanG também forneceu boas evidências para isso, mas não acho que os resultados tenham sido tão poderosos quanto os do WMAP.Ω0=1Ω0>1Ω0=1.000±0.049Ω0

O outro satélite importante aqui é Planck. Lançado em 2009, este satélite nos forneceu as melhores medições de alta precisão do CMB até hoje. Vou permitir que você analise os resultados deles em seu trabalho , mas o ponto crucial é que eles medem a planicidade do nosso universo como (calculado nesta tabela de resultados ), novamente extremamente próximo a um.Ω0=0.9986±0.0314

Em conclusão, resultados recentes (nos últimos 15 anos) permitem afirmar definitivamente que nosso Universo parece plano. Eu não acho que, neste momento, alguém contesta isso ou acredita que ainda é incerto. Como geralmente acontece com a ciência, responder a uma pergunta só resultou em mais perguntas. Agora que sabemos , temos que perguntar por que é esse? A teoria atual sugere que não deveria ser - que deveria ser enormemente pequeno ou enormemente grande. Isso é conhecido como o problema da planicidade . Isso, por sua vez, investiga o Princípio Antrópico como uma tentativa de resposta, mas, então, estou saindo do escopo desta pergunta.Ω01

zéfiro
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Esta resposta contém muitas informações boas, mas algumas coisas não estão certas. Em conclusão, resultados recentes (nos últimos 15 anos) permitem afirmar definitivamente que nosso Universo parece plano. Estar dentro das barras de erro do nivelamento não significa que é plano. Isso é conhecido como o problema da planicidade. Isso, por sua vez, investiga o Princípio Antrópico como uma tentativa de resposta: [...] A solução mais popular / promissora para o problema da planicidade não é o princípio antrópico, é a inflação. (E a inflação é uma teoria científica testável, enquanto que o princípio antrópico não é.)
Ben Crowell
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Obrigado por ter cuidado ao declarar reivindicações. O paradoxal fraseado de "... nos permite afirmar definitivamente que nosso universo parece plano" me faz sorrir =)
Cort Ammon - Restabelece Monica
@ BenCrowell Eu não estava tentando afirmar que o princípio antrópico é a resposta correta ou mesmo a mais viável, apenas apontando uma resposta interessante para o problema. (E, na verdade, o princípio antrópico é aplicável, independentemente de a resposta ser inflação ou não - se o universo não desse certo, não estaríamos aqui para observá-lo. Felizmente, a inflação permitiu que ela evoluísse da mesma forma que aconteceu. estaríamos aqui para observar seu estado atual).
precisa saber é o seguinte
Eu diria que os experimentos mostram de forma convincente que o universo não pode estar muito longe do plano. Mas eles ainda deixam em aberto a questão de saber se é exatamente plana e, se não, de que lado ela cai. Tanto quanto antes, apenas com uma janela menor :)
Hobbs
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As suposições básicas do princípio cosmológico significam que o espaço só pode ter curvatura escalar constante. Isso pode ser positivo, negativo ou zero e um Universo plano é aquele em que a curvatura é zero.

A curvatura do espaço é algo que pode ser medido e o valor atual é conhecido por estar próximo de zero , não apenas do BOOMERanG, mas de observações subsequentes . A cosmologia de baunilha FLRW tem dificuldade em explicar isso e é conhecida como problema de planicidade . No entanto, a visão convencional é que a inflação cósmica faz um trabalho muito preciso na solução desse problema.

No entanto, um Universo verdadeiramente plano deve ter uma curvatura espacial exatamente igual a zero em larga escala, para determinar verdadeiramente se o Universo é plano, mesmo usando uma série de suposições razoáveis ​​requer uma medição exata, o que é impossível. Portanto, a observação nunca pode descartar a possibilidade de o Universo ter uma curvatura positiva ou negativa muito pequena.

Além disso, se você relaxar um pouco o princípio cosmológico de sua interpretação mais estrita, a curvatura escalar não determina completamente a topologia do Universo, abrindo a porta para as chamadas topologias exóticas. Por exemplo, um universo plano poderia ter uma topologia toroidal e ser compacto (de volume espacial finito).

John Davis
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Você pergunta "Estou misturando conceitos e falando sobre coisas diferentes?" Não tenho como saber se você é ou não, mas o título do seu post e a primeira frase estão em desacordo. Sua pergunta "O universo é considerado plano?" diz respeito à curvatura, que por si só não determina completamente a geometria, enquanto a afirmação "não temos certeza sobre a geometria do universo, mas houve experimentos em andamento ou planejados que nos ajudariam a descobrir" pode estar falando de algo Mais general.

O primeiro de seus links é o livro de Jeffrey Weeks, The Shape of Space , que concentra muita atenção na topologia do espaço. A Tabela 19.1 na página 186 lista algumas topologias possíveis para os casos de espaço positivamente curvado, plano e negativamente curvado. A mesma página contém a surpreendente declaração "Quando a primeira edição deste livro apareceu em 1985, muitos cosmólogos desconheciam completamente as variedades fechadas com geometria plana ou hiperbólica". Estou curioso para saber se isso é uma caracterização justa.

Na página anterior desse livro (página 185), as evidências, a partir de 2001, de uma geometria plana são resumidas brevemente. Em particular, há a afirmação de que "novos dados (provenientes de estudos de supernovas distantes e da radiação cósmica de fundo no microondas) mostram um forte argumento de que o universo visível não é hiperbólico, mas plano". A mesma página contém a pergunta "O universo está fechado ou aberto? Em outras palavras, o espaço é finito ou infinito?" e a resposta "Resumindo, não sabemos". Os dois últimos capítulos do livro discutem "Cristalografia Cósmica" e "Círculos no céu", duas propostas de abordagens observacionais para a topologia do universo.

Aparentemente, o trabalho na topologia do universo continua ativo. A Scholarpedia contém uma revisão recente .

Will Orrick
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Sim, é considerado espacialmente plano nas maiores escalas que podemos observar, mas devemos lembrar que as medidas científicas vêm com incertezas, e nossos modelos podem ser substituídos por melhores. Atualmente, temos observações que dizem que o universo é espacialmente plano com um alto grau de precisão, mas ainda há espaço de manobra para que ele fique um pouco curvado que não podemos descartar. Além disso, podemos apenas observar a parte do universo que podemos ver, não podemos saber que o resto do universo tem a mesma curvatura que nossa porção. Temos um entendimento teórico de que seria muito difícil para o universo estar próximo do plano, sem estar extremamente próximo do plano, portanto esperamos que ele seja extremamente próximo do plano. Mas as teorias podem ser substituídas e geralmente são,exatamente plano.

Mas o ponto principal é que temos duas observações muito boas e uma boa teoria (a teoria da inflação e o fato de que a planicidade é instável com a idade sob relatividade geral), que concordam que o universo nas maiores escalas que podemos observar é muito perto de espacialmente plana. Portanto, podemos criar um modelo no qual ele é plano e usá-lo com sucesso. Isso é tudo que você recebe na ciência.

Ken G
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Comentários não são para discussão prolongada; esta conversa foi movida para o bate-papo .
called2voyage
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Apenas para adicionar à resposta de @zephyr, o LISA disparou 3 lasers no espaço para formar um triângulo, a fim de medir a planicidade do espaço: se a soma dos 3 ângulos é exatamente igual a 180 graus, então o espaço é plano; o desvio de 180 graus indica quanto o espaço é curvo e a orientação da curvatura. Mas se o tamanho do espaço for muito pequeno, os ângulos serão somados exatamente a 180 graus; é como olhar para a superfície da Terra e pensar que ela parece plana quando na verdade é redonda. O LISA media exatamente 180 graus, de modo que o espaço é realmente plano ou podemos restringir a curvatura do espaço em escalas maiores com barras de erro.

EDIT: Foi o LISA, não o WMAP, que fez o experimento com laser. Obrigado a @zephyr pela correção.

MPath
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Você tem citações para isso? Eu nunca ouvi falar desse experimento e estou inclinado a acreditar. Por um lado, esse experimento medirá apenas uma curvatura local , não uma curvatura universal . Por outro lado, o que esse triângulo laser refletia de tal forma que o WMAP podia realmente medir algo?
precisa
fonte 1 e fonte 2
MPath 4/17
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Nenhuma dessas fontes apóia sua reivindicação ou menciona que o WMAP "disparou três lasers no espaço para formar um triângulo". Acho que você pode estar confuso sobre quais eram as medidas físicas reais e como as informações foram derivadas delas.
Zephyr
@zephyr Isso descreveu o conceito geral do experimento. Michio Kaku falou sobre isso em uma entrevista e também escreveu sobre ele seu livro Physics of the Future. Pesquisei no Google um trecho. Em vez disso, descobri que esse link para o Google Livros funcionava para mim; o número da página não é mostrado no livro, mas o link leva você à página correta.
mpath
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O lançamento do LISA está previsto para 2034 . Seu objetivo será medir as ondas gravitacionais.
Will Orrick