O universo pode ter uma geometria complexa – como uma rosquinha

Os cientistas consideraram anteriormente apenas um pequeno subconjunto de topologias possíveis

Os cientistas estão considerando se o universo pode ter uma topologia complicada, representada por um formato de rosca na concepção deste artista. J. LEI/ESO 

O cosmos pode ter algo em comum com um donut. Além de sua qualidade frita e açucarada, os donuts são conhecidos por seu formato ou, em termos matemáticos, por sua topologia.

Em um universo com uma topologia análoga e complexa, você poderia viajar através do cosmos e voltar ao ponto de partida. Tal cosmos ainda não foi descartado, relatam os físicos na revista Physical Review Letters de 26 de abril.

Em uma forma com topologia chata ou trivial, qualquer caminho fechado desenhado pode ser reduzido a um ponto.

Por exemplo, considere viajar pela Terra.

Se você contornasse todo o equador, seria um circuito fechado, mas você poderia reprimir isso mudando sua viagem para o Pólo Norte.

Mas a superfície de um donut tem topologia complexa ou não trivial .

Um laço que circunda o buraco do donut, por exemplo, não pode ser reduzido, porque o buraco limita o quanto você pode comprimi-lo.

Geralmente, acredita-se que o universo tenha uma topologia trivial.

Mas isso não se sabe ao certo, argumentam os pesquisadores.

“Acho fascinante? a possibilidade de que o universo possa ter tipos de topologias não triviais ou diferentes, e especialmente o fato de que pensamos que poderemos medi-lo”, diz o cosmólogo Dragan Huterer, da Universidade de Michigan em Ann Arbor, que não esteve envolvido no estudo.

Um universo com topologia não trivial pode ser um pouco como o Pac-Man.

No clássico jogo de arcade, mover-se totalmente para a borda direita da tela coloca o personagem de volta no lado esquerdo. Uma jornada do Pac-Man que cruza a tela e retorna o personagem ao seu ponto de partida também não pode ser reduzida.

Os cientistas já procuraram sinais de topologia complexa na radiação cósmica de fundo, luz de quando o Universo tinha apenas 380 mil anos de idade.

Devido à forma como o espaço gira sobre si mesmo num universo com topologia não trivial, os cientistas podem ser capazes de observar a mesma característica em mais de um lugar.

Os pesquisadores procuraram círculos idênticos que aparecem nessa luz em dois lugares diferentes do céu.

Eles também procuraram correlações sutis, ou semelhanças, entre pontos diferentes, em vez de correspondências idênticas.

Essas pesquisas não encontraram nenhuma evidência de topologia complexa.

Mas, argumentam o físico teórico Glenn Starkman e seus colegas, ainda há uma chance de que o universo tenha algo em comum com um donut. Isso porque pesquisas anteriores consideraram apenas um pequeno subconjunto das possíveis topologias que o universo poderia ter.

Esse subconjunto inclui um tipo de topologia não trivial chamada 3-torus, um cubo que gira sobre si mesmo como uma versão 3-D da tela do Pac-Man.

Nessa topologia, sair de qualquer lado desse cubo leva você de volta ao lado oposto.

As pesquisas por esse simples toro 3 não deram resultado. Mas os cientistas ainda não procuraram algumas variações de 3 toros.

Por exemplo, os lados do cubo podem ser torcidos um em relação ao outro. Nesse universo, sair do topo do cubo o levaria de volta ao fundo, mas girado, por exemplo, 180 graus. O novo estudo considerou um total de 17 possíveis topologias não triviais para o cosmos.

A maioria dessas topologias, determinaram os autores, ainda não foi descartada.

O estudo avaliou as assinaturas que apareceriam na radiação cósmica de fundo para diferentes tipos de topologias. Análises futuras dessa luz antiga poderão revelar indícios destas topologias complexas, descobriram os investigadores.

A pesquisa provavelmente será um desafio computacional, provavelmente exigindo técnicas de machine learning para acelerar os cálculos. Os pesquisadores também planejam procurar sinais de topologia não trivial em dados futuros de pesquisas sobre a distribuição de galáxias no cosmos, por exemplo, do telescópio espacial Euclides da Agência Espacial Europeia .

Há uma boa motivação para procurar uma topologia não trivial, diz Starkman, da Case Western Reserve University, em Cleveland. Algumas características da radiação cósmica de fundo em micro-ondas sugerem que o universo não é o mesmo em todas as direções .

Esse tipo de assimetria poderia ser explicado por uma topologia não trivial.

E essa assimetria, diz Starkman, é “um dos maiores novos mistérios sobre o universo que ainda não desapareceu”.

Fonte: sciencenews.org