¿Nuestro universo tiene forma?

Todos sabemos que el universo es grande, tiene un color y tenemos una idea de cuándo podría terminar.

Pero más allá de eso, ¿Cuánto sabes realmente sobre él? Por ejemplo, ¿te has parado a pensar alguna vez en la forma de nuestro universo? ¿Es una gran esfera? ¿Un plano? ¿O algo totalmente distinto?

Lamentablemente, carecemos del costoso equipo de astronomía para llegar a nuestras propias conclusiones. Así que vamos a desglosar lo que nos dice la investigación.

Einstein y la forma del universo

Gracias a la relatividad general, sabemos que existimos en cuatro dimensiones. Existen las tres en las que nos movemos por el espacio (izquierda/derecha, arriba/abajo, atrás/adelante). También está el tiempo. Sólo como advertencia, no controlamos realmente nuestro movimiento a través del tiempo de la misma manera que podemos controlar cómo nos movemos a través del espacio. Sólo podemos avanzar en el tiempo. De todos modos, todo esto está modelado en el concepto de espacio-tiempo.

Así que el espacio/tiempo, que es básicamente donde existimos, no es exactamente plano. El espacio/tiempo puede ser curvado por la masa. Esta curvatura se hace más prominente con objetos de masa significativa -pensemos en cosas como estrellas y agujeros negros.

En resumen, gracias a una física súper complicada, sabemos que el universo es curvo.

Densidad del universo

Así que sabemos que la forma del universo va a implicar alguna curva. Si queremos averiguar qué forma tiene el universo, vamos a necesitar acceso a una física más densa. Algunos dirían que es un conocimiento bastante crítico.

En realidad se llama simplemente densidad crítica y es física densa. La densidad es una expresión de la masa sobre el volumen, así que para calcular la densidad del universo, sólo hay que tomar la masa del universo y dividirla por su tamaño.

Excepto que el universo está siempre en expansión, algo que hemos tocado en nuestros otros posts sobre el universo. No hace falta saber mucho más que el hecho de que el universo ha estado expandiéndose desde que nació y no parece que vaya a detenerse pronto.

Como tal, la densidad crítica es la densidad del universo que acabaría por detener su expansión. Aunque eso podría acabar teniendo algo que ver con el final del universo.

El valor crítico del universo, por cierto, es de unos 10^-26 kilogramos por metro cúbico. Que es más o menos lo mismo que tener 10 átomos de hidrógeno por metro cúbico. Basta con decir que no es muy denso.

La forma real del universo

Resulta que tenemos que hacer suposiciones sobre el universo si queremos conocer su forma. Suponiendo que el universo es finito y tiene límites, ahora mismo hay tres posibilidades sobre la mesa, aunque podemos descartar una de ellas. Nuestras opciones son una esfera, un paraboloide hiperbólico y una superficie plana. Podemos descartar la superficie plana porque implica un universo con densidad crítica.

Después de eso, nuestra preocupación pasa a ser cómo de densa es la materia del universo. Si es alta, tenemos un universo cerrado de curvatura positiva. Esto nos da una esfera hueca, y nosotros existimos principalmente en el interior de esa esfera.

En el escenario opuesto, con una materia menos densa, se obtiene un paraboloide hiperbólico, que se parece a esta especie de extraña «U» tridimensional.

¿Universo sin límites?

Hay formas de volumen finito sin bordes, lo que nos da las travesuras de la 3-esfera y el 3-toro. Ambos son muy difíciles de visualizar si no estás metido en la física avanzada o en el cálculo tridimensional, así que basta con decir que es raro.

Dado que estamos bastante seguros de que el universo no está en su densidad crítica, sigamos asumiendo que estamos en una esfera o en un paraboloide hiperbólico.