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(positiva) Curvatura.****
Cuando dibujamos un triángulo, utilizando nuestro cinta adhesiva, en un plano, la suma de los valores de los ángulos es de 180°. Se trata de una superficie euclidiana. Diremos que no contiene curvatura. Es verdaderamente una superficie plana. La suma de los ángulos de nuestro triángulo es la suma euclidiana. Cuando dibujamos el triángulo en nuestro cono, nuestro "posicono", y cuando el vértice S estaba fuera, la suma seguía siendo de 180°. Por el contrario, cuando el vértice estaba dentro, la suma era de 180° más el ángulo q (el ángulo de corte que pudimos realizar para construir nuestro posicono, ver figura (8)).
Este vértice es un punto particular de la superficie, un punto cónico, y diremos que contiene cierta curvatura (positiva) concentrada. Es un punto de curvatura concentrada (positiva).
Ahora podemos realizar dos cortes, correspondientes a los ángulos q1 y q2. Ver figura (13). Obtenemos así una superficie extraña que posee dos puntos cónicos S1 y S2. Ver figura (14).
(13)
(14)
Ahora puedes trazar tantos triángulos geodésicos como quieras, correspondientes a diferentes casos.
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Si no contienen ningún vértice cónico, la suma de los ángulos es de 180°.
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Si contienen el vértice S1, la suma es de 180° más q1.
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Si contienen los dos vértices, q1 y q2, la suma es de 180° + q1 + q2
(15)
Imagina ahora que puedas fabricar un gran número de pequeños posiconos y pegarlos juntos, como se indica en la figura (16). Cada pequeño posicono corresponde a un ángulo elemental Dq. Puedes disponer estos pequeños conos de manera regular. Quiero decir: la distancia entre un vértice y los vértices de los pequeños conos vecinos sería casi constante en todas partes.
(16)
Si tus pequeños conos se vuelven cada vez más pequeños, así como su ángulo elemental asociado Dq, construirás una porción de superficie regular con densidad de curvatura constante.
Una esfera es una superficie con densidad de curvatura local constante. En otras palabras, se dice que la esfera es una superficie de curvatura constante.
Si dispones tus pequeños conos de manera diferente, puedes construir una superficie con densidad de curvatura local variable. Por ejemplo, un huevo. El huevo de una gallina es una superficie con densidad de curvatura local variable. Pero una pelota de ping-pong es una superficie con densidad de curvatura constante. Es así que la gallina reconoce su huevo y hace la diferencia con la pelota de ping-pong. Traza geodésicas con cinta adhesiva, etc...
En realidad, la gallina no dibuja físicamente geodésicas en el objeto. Lo hace mentalmente.
(17)
En la relatividad general, se identifica la densidad de masa r con la curvatura local.
Por supuesto, el terreno de la relatividad general no es una superficie de 2 dimensiones. Puedes imaginar una hipersuperficie de 3 dimensiones. Puedes imaginar una hiperesfera de 3 dimensiones. Pero ¿quién puede imaginar una hipersuperficie de 4 dimensiones?
Además, la curvatura de 4 dimensiones de la hipersuperficie de 4 dimensiones llamada "universo" tiene características especiales que no vamos a explorar aquí. Esto muestra que los modelos didácticos tienen sus límites. Pero son buenos para estimular la imaginación y abrir la mente hacia mundos un poco diferentes.
Versión original (inglés)
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(positive) Curvature.****
When we draw a triangle, using our sticky tape, on a plane, the sum of the angles' value is 180°. This is an euclidean surface. We will say that it contains no curvature. It is really a flat surface. The sum of the angles of our triangle is the euclidean sum. When we drew the triangle on our cone, our "posicone", and when the summit S was outside it, the sum was still 180°. Oppositely, when the summit was inside, the sum was 180° plus the angle q (the cut we managed to build our posicone, see figure (8)).
This summit is a peculiar point of the surface, a *conical *one and we will say that it contains some (positive) concentrated curvature. Its a concentrated (positive) curvature point.
Now we can manage two cuts, corresponding to angles q1 and q2 . See figure (13). Then we get some strange surface with two conical points S1 and S2. See figure (14).
(13)
(14)
Now you can draw as many geodesic triangles you want, correspnding to different cases.
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If they contain no conical summit, the sum of the angles is 180°.
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If they contain the summit S1 , the sum is 180° plus q1.
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If they contain the two summits, q1 and q2, the sum is 180° + q1+ q2
(15)
Imagine now that you can make a large number of tiny posicones and glue them together, as shown on figure (16). Each tiny posicone corresponds to an elementary angle Dq . You can arrange these mini-cones in a regular way. I mean : the distance between a summit and summits of the neighbours' mini cone would be almost constant everywhere.
(16)
If your mini-cone get smaller and smaller, as well as their associated elementary angle Dq , you will build a portion of regular surface with constant curvature density.
A sphere is a surface with constant local curvature density. In a simpler way, on says that the sphere is a constant curvature surface.
If you arrange your mini-cones differently, you can build a variable local curvature density surface . For an example an egg. The egg of a hen is a variable local curvature density surface. But a ping-pong ball is a constant curvature density surface. That's so that the hen recognizes its egg and makes the difference with the ping-pong ball. It draws geodesics with sticky tape, and so on...
In fact, the hen does not physically figure geodesics on the object. It does it mentally .
(17)
In general relativity one identifies mess density r to local curvature.
Of course the general relativity playground is not a 2d surface. You can imagine a 3d hypersurface. You can imagine a 3d hypersphere. But who can imagine a 4d hypersurface ?
By the way, the 4d curvature of the 4d hypersurface called "universe" has special features we are not going to explore here. This shows that didactical models are limited. But they are good to stimulate the imagination and to open the mind towards somewhat different worlds.