Espacio
esférico
Es muy difícil imaginarnos las geometrías no euclídeas,
porque nuestra experiencia nos hace creer que estamos inmersos en un espacio
euclídeo.
Espacio
esférico no es el interior de una esfera hueca, en realidad se trata
de un mundo diferente al de nuestra experiencia.
Las estructuras de palillos que montamos en las actividades anteriores no son
en sí un espacio esférico, sino la proyección estereográfica
de ese espacio esférico sobre el espacio euclídeo. El espacio
esférico en sí no le podemos dibujar ni en dos ni en más
dimensiones.
Para imaginar un espacio esférico, o simplemente para deducir cómo
funcionarían en él ciertos fenómenos, debemos hacerlo observando
lo que sucede en una superficie esférica y hacer una transcripción
al espacio.
Un espacio esférico no es un espacio de cuatro
dimensiones, aunque para poder observarlo deberíamos poder
salirnos de él y para ello deberíamos movernos en un mundo de
cuatro dimensiones.
Un espacio esférico no tiene centro. La
proyección estereográfica de un espacio esférico es espacial
y sí que tiene centro, pero el espacio esférico originario de
ella no tiene centro. De la misma manera que una superficie esférica
no tiene centro en ella misma porque ningún punto de la superficie esférica
es su centro, cualquier punto de la superficie de una bola es idéntico
a los demás. En las actividades referentes a la partición del
espacio en regiones iguales, para hacernos una idea de espacio esférico
y comprobar que no tiene centro y que cualquier región de su interior
es idéntica a las demás observábamos la imagen reflejada
en una bola de rodamiento, que hace la función de espejo, desplazábamos
esa bola por el interior de las estructuras de palillos que habíamos
realizado. Esa experiencia no es perfecta, pero nos puede ayudar a formarnos
una idea.
Un espacio esférico no tiene límite o
borde, de la misma manera que por mucho que nos desplacemos por una
superficie esférica no podemos llegar a su borde, y eso no significa
que la superficie esférica sea infinita. Una hormiga que caminara indefinidamente
sobre una pelota, sin desviarse ni a derecha ni a izquierda, llegaría
a su punto de partida apareciendo por detrás. De la misma manera, el
espacio esférico no tiene borde, si nos desplazáramos en línea
recta sobre un espacio esférico volveríamos al punto de partida.
Un espacio esférico no es infinito.
A diferencia del espacio euclídeo, un espacio esférico
tiene unos parámetros concretos, es fundamental la medida de su radio
o de su diámetro, -que es el de las circunferencias máximas y
superficies esféricas máximas-, y según ello podemos deducir
el valor del volumen total de un espacio esférico:
Sabemos que la longitud de una circunferencia es el producto del número
pi por el diámetro ![]()
Sabemos que la superficie de una esfera es el producto del número pi
por el diámetro al cuadrado ![]()
El volumen de un espacio esférico vale 1/4 del producto del
número pi al cuadrado por el diámetro al cubo
(Repito, no confundamos espacio
esférico con el espacio que hay en el interior de una esfera hueca).
En
un espacio esférico, una
recta es una circunferencia máxima,
y
un plano es lo mismo
que una superficie esférica máxima. En un espacio esférico,
lo que creemos que es recta pasa a ser una circunferencia máxima, de
forma que si nos desplazásemos por ella volveríamos al mismo punto
de partida. Si estuviéramos inmersos en un espacio esférico la
luz que reflejamos si no chocara contra otros objetos volvería a nosotros,
al mirar a cualquier sitio siempre nos veríamos por detrás. En
la geometría euclídea dos puntos determinan una recta y tres puntos
determinan un plano, en la geometría esférica dos puntos determinan
una circunferencia máxima y tres puntos determinan una superficie esférica
máxima.
Nuestro planeta es una
esfera, para ir de un punto a otro de su superficie por
el camino más corto habría que ir por la circunferencia máxima
que pasa por esos puntos, por tanto en un espacio
esférico la distancia entre dos puntos debe medirse en la circunferencia
máxima que pasa por esos dos puntos .
En la superficie terrestre los puntos mutuamente más distantes son antípodas,
de la misma manera, en un espacio esférico dos puntos no pueden estar
todo lo separados que se quiera, la separación
mayor entre dos puntos es media circunferencia máxima,
esos puntos serían mútuamente antípodas, en un espacio
esférico cada punto tiene su antípoda.
¿Cuál
es la geometría del espacio real?
Nosotros estamos inmersos en nuestro espacio, el de las galaxias con todos los
astros, que es tan inconmensurablemente grande comparado con nuestro tamaño,
que nos da la impresión de que no tiene límite y que la geometría
a la que pertenece es la euclídea. Nos preguntamos cuál es la
geometría del espacio real. Todavía no se ha demostrado que sea
una en concreto, el espacio no podemos observarlo desde fuera, desde otra dimensión.
Al hombre antiguo le fue difícil descubrir que la tierra era redonda
porque no podía verla desde fuera y porque no podía recorrerla
hasta darla la vuelta.
Otras geometrías.
Nos puede parecer que las geometrías no euclídeas son puras elucubraciones
matemáticas, pero ciertos fenómenos físicos se pueden interpretar
desde la óptica de otras geometrías, incluso de geometrías
distintas de las tres mencionadas, un ejemplo de ello lo encontramos en las
órbitas de los planetas y cometas, las órbitas que describen son
elipses, circunferencias, hipérbolas, es decir curvas que llamamos cónicas,
así la interacción gravitatoria podemos identificarla como la
proyección de un espacio cónico.