La forma del universo es un nombre informal de un tema de investigación que busca determinar la morfología del universo dentro de la cosmología física, que es la ciencia encargada de estudiar el origen, la evolución y el destino del Universo. Los cosmólogos y los astrónomos describen la geometría del universo incluyendo dos modalidades: la geometría local, es decir, aquella referida a la forma del universo observable, y la geometría global que trata de describir el espacio tiempo del universo completo. Su estudio está vagamente dividido en curvatura y topología, aunque estrictamente hablando su investigación incluya a ambos temas.

Geometría local

Es la que corresponde a la curvatura que describe cualquier punto arbitrario en el universo observable. Muchas observaciones astronómicas, tales como las de una supernova y las de la Radiación de fondo de microondas, muestran un universo observable bastante homogéneo e isótropo, y se deduce que su expansión se está acelerando. En la Relatividad General, esto está modelado por la Métrica de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker. Este modelo, que puede ser representado por las Ecuaciones de Friedmann, proporciona una curvatura (a menudo llamada geometría) del universo basado en las matemáticas de la dinámica de los fluidos.

Otro camino para establecer la geometría local propone que, si todas las formas de Energía oscura son ignoradas, entonces la curvatura del universo puede ser determinada midiendo la densidad media de la materia que está dentro de él, asumiendo que toda la materia está distribuida uniformemente (más bien que las distorsiones son causadas por objetos 'densos' como galaxias). Esta suposición es justificada por las observaciones que, cuando el universo es "débilmente" heterogéneo, está sobre el promedio homogéneo e isótropo. El universo homogéneo e isótropo da paso a una interpretación de la geometría espacial con una curvatura constante. 

Geometría global

La geometría global cubre la geometría, en particular la topología, de todo el universo observable y más allá de él. Cuando la geometría local no logra determinar la geometría global completamente, esto limita las posibilidades, particularmente siendo una geometría de una curvatura constante. Para una geometría espacial plana, se pensaba que la escala de cualquier característica de la topología sería arbitraria, aunque una investigación más reciente sugiere que las tres dimensiones espaciales pueden tender a igualarse en longitud. La escala de la longitud de una geometría plana puede o no ser directamente detectada. Para las geometrías hiperbólicas y esféricas, la probabilidad de la detección de la topología por la observación directa depende de la curvatura espacial. Usando el radio de esa curvatura o su inverso multiplicativo como una escala, una curvatura pequeña de la geometría local, con un radio correspondiente a una curvatura mayor que el horizonte observable, hace la topología difícil o imposible de detectar si la curvatura es hiperbólica. Una geometría esférica con una pequeña curvatura no hace difícil la detección.

La constante cosmológica (denotada usualmente Lambda: Λ) fue propuesta por Albert Einstein como una modificación de su ecuación original del campo gravitatorio para conseguir una solución de universo estacionario. Einstein rechazó esta idea una vez que el corrimiento observado por Hubble sugirió que el universo no es estacionario.

La constante cosmológica Λ aparece en las ecuaciones de Einstein como

Cuando Λ es cero, estas se reducen a la ecuación original de la relatividad general. Las observaciones astronómicas implican que su valor no puede ser mayor que 10 ^{− 46}km ^{− 2}.

Aunque Einstein introdujo la constante cosmológica como un término independiente en las ecuaciones del campo gravitatorio, de hecho, éste puede ser interpretado como una energía o presión negativa del vacío. Si suponemos que el vacío viene representado por un tensor de energía-impulso dado por:

La constante cosmológica es entonces equivalente a una densidad de energía negativa intrínseca del vacío:

Con su presión negativa asociada. Es frecuente citar los valores de esta densidad de energía directamente como constante cosmológica, aunque en cosmología se suele tomar el signo contrario para la definición de , lo que arroja un valor positivo (ver más abajo).

Una constante cosmológica positiva resulta en una densidad de energía positiva y en una presión negativa. La expansión acelerada del universo puede ser atribuida a la presencia de esta energía del vacío diferente de cero.

Problema de la constante cosmológica

Uno de los mayores desafíos de la física teórica es comprender la predicción genérica de las teorías cuánticas de campos de un valor enorme de la constante cosmológica.

Esta conclusión se sigue de un poco de análisis dimensional en teorías de campo efectivas. Si el universo está descrito por una teoría cuántica de campos efectiva hasta energías del orden de la masa de Planck, se esperaría que Λ fuera del orden de

,

, que es 120 órdenes de magnitud 

 (10¹²⁰) 

 más grande que el valor medido. Esta discrepancia ha sido calificada como «la peor predicción en la historia de la física».



Es una forma hipotética de materia que estaría presente en todo el espacio, produciendo una presión negativa y que tiende a incrementar la aceleración de la expansión del Universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva. Asumir la existencia de la energía oscura es la manera más frecuente de explicar las observaciones recientes de que el Universo parece estar expandiéndose con aceleración positiva. En el modelo estándar de la cosmología, la energía oscura actualmente aporta casi tres cuartas partes de la masa-energía total del Universo.

Dos posibles formas de la energía oscura son la constante cosmológica, una densidad de energía constante que llena el espacio en forma homogénea y campos escalares como la quintaesencia: campos dinámicos cuya densidad de energía puede variar en el tiempo y el espacio. De hecho, las contribuciones de los campos escalares que son constantes en el espacio normalmente también se incluyen en la constante cosmológica. Se piensa que la constante cosmológica se origina en la energía del vacío. Los campos escalares que cambian con el espacio son difíciles de distinguir de una constante cosmológica porque los cambios pueden ser extremadamente lentos.

Para distinguir entre ambas se necesitan mediciones muy precisas de la expansión del Universo, para ver si la velocidad de expansión cambia con el tiempo. La tasa de expansión está parametrizada por la ecuación de estado. La medición de la ecuación estado de la energía oscura es uno de los mayores retos de investigación actual de la cosmología física.

Añadir la constante cosmológica a la Métrica de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) conduce al modelo Lambda-CDM, que se conoce como "modelo standard" de cosmología debido a su coincidencia precisa con las observaciones.

No se debe confundir la energía oscura con la materia oscura ya que, aunque ambas forman la mayor parte de la masa del Universo, la materia oscura es una forma de materia, mientras que la energía oscura es un campo que llena todo el espacio.