¿Cómo sabemos que el universo es plano?

Medimos el parámetro de curvatura (espacial) en 0,000 con una precisión de 2 sigma (es decir, esto con un 95 % de confianza) de 0,005, o 0,5 %, según la última y más precisa misión satelital para determinar los parámetros cosmológicos.

Tenga en cuenta que, por supuesto, nuestras medidas están en el universo observable, con el horizonte a una distancia de nosotros de unos 48 mil millones de años luz. No pueden tener en cuenta las perturbaciones que ocurren en los tamaños de los superhorizontes. Todavía es un éxito científico asombroso poder obtener esto con precisión, aunque solo sea en nuestro universo observable. Si añadimos la teoría a las medidas, la planitud se debe a una hiperinflación que ocurrió dentro de (mucho menos de) 1 segundo después de que comenzó el universo, y eso habría hecho que la parte inflada del universo tuviera una curvatura espacial cero, o muy cerca de ello.

Qué tan grande era esa región simplemente no lo sabemos, excepto que ciertamente más grande que el radio de 48 mil millones de años luz que tenemos. Más allá de eso no se inflaría, o tal vez se inflaría en ciertas regiones y no en otras y formaría un universo de múltiples burbujas, o el llamado multiverso. Simplemente no lo sabemos, y esto ahora se vuelve algo especulativo. Podríamos averiguarlo en unos pocos miles de millones de años a medida que nuestro horizonte se expande, o por algún otro medio que no conocemos ahora. Pero por el presente y probablemente los próximos miles de millones de años, eso es todo lo que nos importa.

La medida realizada para la curvatura espacial está en el parámetro de curvatura espacial$\Lambda_k$, que se mide en 0,000 más o menos ese error de 2 sigma. El parámetro de curvatura siendo cero significa que las porciones espaciales del universo tienen una geometría plana (es decir, curvatura espacial cero). Si es ligeramente positivo o negativo, los cortes espaciales serían ligeramente curvos. Los números cero y de precisión provienen de la ecuación. (50) en los resultados de la colaboración Planck 2015 publicados en junio de 2016 en el artículo de arXiv en https://arxiv.org/pdf/1502.01589.pdf . La figura 26 muestra el resultado en un gráfico donde la zona roja es la pequeña región en la que las mediciones y el análisis limitan los resultados.

La misión y el análisis del satélite Planck fue la misión de tercera generación para recopilar datos CMB (fondo cósmico de microondas), después de COBE y WMAP. Son datos más precisos. Usaron exclusivamente los datos de Planck en el análisis, excepto que también usaron un conjunto de datos de mediciones BAO (oscilaciones acústicas bariónicas) que a menudo se usan para resolver una ambigüedad geométrica bien conocida en los datos de solo CMB (la línea discontinua en la Fig. 26 ), rota por la BAO (la zona roja) y la reconstrucción de lentes (la zona azul). La zona roja, con cierta superposición con la zona azul, que se cruza con la línea discontinua es donde se obtiene la curvatura espacial cero.

La siguiente pregunta es ¿podremos obtener una medición más precisa y, por lo tanto, tal vez determinar una curvatura positiva o negativa muy pequeña? El análisis es que las mediciones de CMB se pueden mejorar un poco, pero si la curvatura es menor que aproximadamente 0,0001 (es decir, 4 órdenes de magnitud separados de la curvatura cero), las mediciones de CMB no podrán encontrarla.

Entonces, ¿qué pasa si de hecho está ligeramente curvado, digamos alrededor de 0.001 de parámetro de curvatura? Bueno, los cortes espaciales estarían ligeramente curvados, y si la curvatura fuera positiva, el universo estaría cerrado, pero debido a la curvatura realmente pequeña, seguiría siendo enorme, mucho más grande que los 48 mil millones de años luz de radio, y nosotros no lo vería cerrarse sobre sí mismo (como una esfera 3D) porque esa pseudo-esfera sería tan grande que no podríamos distinguirla de un corte espacial plano e infinito, dentro del radio de 48 años luz. Si la curvatura fuera negativa y de magnitud muy pequeña nuevamente, no la notaríamos, pasarían distancias muy grandes antes de que pudiéramos ver una curvatura, el universo sería infinito y abierto. Para obtener medidas para estos casos tendremos que medir otras entidades que aún no conocemos. La radiación gravitacional está abriendo otra ventana al universo, y podremos 'ver' hacia atrás mucho más cerca del Big Bang, y tal vez llevar a cabo otras mediciones que podrían ayudarnos a determinar algunos parámetros por los cuales podríamos extrapolar mejor, pero en este punto es solo especulación. La física de partículas de energía superior también nos enseñará algo de física nueva aplicable a la cosmología, pero todo eso siempre estará dentro de nuestro cono de luz pasado y futuro.

Para responder a su primera pregunta, la literatura generalmente asume que un universo plano es infinito. (lo cual es incorrecto) Hay configuraciones de un universo plano como el toro que es finito. Para la segunda pregunta, Ω se mide en 1,00±0,02, siendo 1,00 un universo plano. Entonces, podría haber una ligera curvatura de un universo plano, pero esto solo se confirmará con mediciones más precisas.