La forma del universo

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La Relatividad General sustituye el concepto de campo gravitatorio de la física newtoniana por el de distorsión del espacio-tiempo. Es decir, la dinámica del espacio-tiempo depende de su geometría, es decir, de la forma del universo. Para una distribución homogénea e isotrópica, de acuerdo al principio cosmológico, la forma del universo solo puede ser de tres tipos:

  • un universo curvo y cerrado, a modo de esfera, de extensión finita
  • un universo curvo y abierto, a modo de silla de montar, de extensión infinita
  • un universo plano e infinito en extensión, de acuerdo a nuestra concepción “ordinaria” del espacio 

La diferencia entre un universo abierto y un universo cerrado se entiende fácilmente si consideramos un haz de luz saliendo de un determinado punto del espacio. En el caso del universo cerrado, el haz regresaría al origen, mientras que en un universo abierto nunca regresaría. 

Debe tenerse en cuenta que  la curvatura descrita por la teoría del Big Bang se limita al universo conocido, cuyo horizonte espacial se encuentra a 13700 millones de años luz. A distancias superiores el universo podría tener una topología distinta. Teniendo en cuenta esta limitación, el parámetro fundamental para determinar la geometría del universo es la densidad media de la materia contenida en él mismo. O mejor dicho, la forma del universo depende del valor relativo de dicha densidad media respecto a un valor de referencia conocido como densidad crítica. Este valor es constante y del orden de seis átomos de hidrógeno por metro cúbico. Si la densidad de la materia fuese menor que la densidad crítica, el universo resultaría ser abierto e infinito. Sí, por el contrario, su densidad fuese mayor que la densidad crítica, el universo sería cerrado y finito. Por último, si la densidad fuese igual a la densidad crítica, entonces el universo sería plano y presumiblemente infinito.

Por tanto, medir con precisión la densidad de la materia en el universo es uno de los retos experimentales más importantes en cosmología. Actualmente sabemos, gracias a las medidas de la sonda espacial WMPA, que la densidad de la materia en el universo está muy cerca de la densidad crítica, por lo que podríamos asegurar que nuestro universo es plano e infinito.