Agora, temos imagens das galáxias que estão a milhões de anos-luz da Terra. Os cientistas estudam estrelas distantes regularmente. Eles já detectaram planetas em sistemas solares muito além do nosso.Mas e quanto à grande imagem? O que sabemos sobre o universo como um todo? Está expandindo? É infinito? Se não for infinito, o que existe além do limite do espaço? E com o que exatamente ele se parece? Essas perguntas encaixam-se na categoria de cosmologia, o estudo do universo. As pessoas tentaram muitas abordagens diferentes para estudar o cosmo. Alguns se concentraram na matemática. Outros preferiram a física. E alguns seguiram uma abordagem filosófica.

Não há um consenso entre os cosmólogos em relação a que o espaço se assemelha, mas existem muitas teorias. Parte do desafio de descrevê-lo é a dificuldade de visualização. Estamos acostumados a pensar em localização em duas dimensões. Por exemplo, você pode determinar em que ponto está em um mapa usando longitude e latitude. Mas o espaço possui quatro dimensões. Você não apenas precisa acrescentar profundidade às dimensões de comprimento e largura, mas também acrescentar tempo. Na verdade, muitos cosmólogos referem-se a essa coleção de dimensões como espaço-tempo.

Os três modelos principais do universo baseiam-se na curvatura: curvatura nula,curvatura positiva e curvatura negativa.

Uma curvatura nula significaria que o universo é plano ou euclidiano (a geometria euclidiana trata de superfícies não-curvadas). Imagine o espaço como uma estrutura bidimensional - um universo euclidiano se assemelharia a uma superfície plana. As linhas paralelas são possíveis apenas em uma superfície plana. Em um universo plano, existe apenas a matéria suficiente para que o cosmo se expanda indefinidamente sem que haja um colapso, embora a taxa de expansão diminua com o tempo.

Se o universo tiver uma curvatura positiva, será um universo fechado. Um modelo bidimensional se assemelharia a uma esfera. É impossível ter linhas geodésicas paralelas (linhas retas em uma superfície curvada) - as duas se cruzarão em algum ponto. Nesse caso, há matéria suficiente para reverter a expansão. Finalmente, tal universo sofrerá um colapso consigo mesmo. Um universo fechado é finito - ele apenas expandirá até um determinado tamanho antes de entrar em colapso.

A curvatura negativa é um pouco mais complicada de visualizar. A descrição mais comum é a de uma sela de cavalo. Nesse modelo, duas linhas que seriam paralelas em uma superfície plana se afastarão uma da outra. Os cosmólogos o chamam de universos abertos. Neles, não há matéria suficiente para reverter ou diminuir a expansão e, por isso, o universo continua a aumentar indefinidamente.

Isso significa que o espaço tem a forma de uma superfície plana, uma esfera ou uma sela de cavalo? Não necessariamente. Lembre-se de que o espaço-tempo é medido em quatro dimensões, o que diminui a função dos exemplos bidimensionais. E há muitas teorias conflitantes sobre a forma definitiva do universo.

Outra forma é a esférica dodecaédrica de Poincaré. Dodecaedro é um objeto de 12 lados. A variação de Poincaré possui superfícies que se curvam levemente para fora. O que confunde é que o tamanho projetado desse universo é bem menor do que a área que conseguimos realmente observar. Em outras palavras, nossa visibilidade ultrapassa os limites do cosmo. Os cosmólogos afirmam que não há problema. Ao olhar uma galáxia distante que aparentemente estaria além dos limites do espaço, você, na verdade, está sentindo aquele efeito de curvatura descrito acima. A galáxia, de fato, estaria atrás de você, porém, você está olhando através de um lado do dodecaedro como se fosse uma janela. Se pudesse ver longe o bastante, estaria olhando a parte de trás de sua própria cabeça.

Fonte: How Stuff Works