No existe una “masa” total única para el universo. De hecho, para responder a la pregunta necesitamos entender qué entendemos por “el universo”:
¿Qué se entiende por “universo”?
El modelo cosmológico estándar es que el universo es infinito. Esto se debe a que los cosmólogos suponen que todo el universo debe ser homogéneo e isotrópico. No es solo una suposición, el universo realmente se ve isotrópico y homogéneo a escalas muy grandes. La única forma en que un universo homogéneo e isotrópico podría ser finito si tiene una curvatura positiva constante, pero la medición actual de la curvatura implica que el universo es aproximadamente plano y por lo tanto (“aproximadamente”) infinito, o al menos muchos veces más grande de lo que podemos ver.
Por otro lado, el universo observable es finito. El universo observable es esa parte del universo que podemos ver, y dado que el universo tiene solo 13.8 mil millones de años, por lo tanto, solo podemos ver fotones que nos alcanzan en menos de 13.8 mil millones de años. Por lo tanto, el universo observable se define como solo las partes del universo que están dentro de 13.8 mil millones de años luz de nosotros.
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Si no hubiera energía oscura, lo observable en realidad aumentaría con el tiempo, ya que a medida que el universo envejezca, veríamos más y más. Sin embargo, debido a la energía oscura, la expansión del universo en realidad se está acelerando con el tiempo, por lo que las estructuras que están en el borde o nuestro universo observable actual eventualmente retrocederán a una velocidad mayor que la velocidad de la luz y desaparecerán de nuestro universo observable para siempre. .
Sin embargo, podemos definir un volumen comoving que tome el universo observable actual y siga ese volumen hacia adelante y hacia atrás en el tiempo ignorando la cuestión de si todo el volumen sería observable en esos otros momentos. Si hacemos esto y definimos el “universo” como este volumen de espacio en movimiento, entonces podemos tratar de entender lo que le está sucediendo a la masa de todas las partículas en este volumen que se mueve conjuntamente. Así que esa es la elección que haremos del significado de la palabra “universo” para el resto de esta respuesta: será el universo comoving de nuestro universo actual observable.
[Esta sección de esta respuesta se copia de la parte de mi respuesta a: ¿Es estable el número total de partículas en el universo durante largos períodos de tiempo? ]
Entonces, la pregunta ahora es cómo se determina el número total de átomos u otras partículas de materia, incluidas las partículas de materia oscura, para el volumen de movimiento de alguna parte de nuestro universo.
¿De dónde vienen los átomos y las partículas en nuestro volumen que se mueve conjuntamente?
La respuesta corta es que los átomos que forman nuestro universo provienen de la energía almacenada en la energía potencial de vacío muy alta del campo inflatón que llenó todo el espacio y causó el período inflacionario después del Big Bang.
La respuesta larga es que, según el modelo inflacionario [matemático] \ Lambda CDM [/ matemático] de cosmología, la forma en que se crearon los átomos fue a través de este proceso:
La época de la unificación de Big Bang y Grand – de [matemáticas] T = 0 [/ matemáticas] a [matemáticas] 10 ^ {- 36} segundos [/ matemáticas]
Durante la expansión inmediata del universo después del Big Bang hasta el comienzo del período inflacionario, la época de la Gran Unificación habría creado todo tipo de partículas, incluidos los monopolos magnéticos .
Época inflacionaria de [matemáticas] T = 10 ^ {- 36} segundos [/ matemáticas] a [matemáticas] 10 ^ {- 31} segundos [/ matemáticas],
Durante la época inflacionaria, el universo habría aumentado de volumen en un factor de [matemáticas] 10 ^ {78} [/ matemáticas] o más. Esto diluiría cualquier partícula creada en la época de la gran unificación. Esto significa que es extremadamente improbable que incluso un monopolo magnético (o cualquier otra partícula) de esa época esté presente en nuestro volumen actual de Hubble (nuestro universo observable). De hecho, deshacerse de los monopolos magnéticos fue la motivación original cuando Alan Guth inventó la teoría inflacionaria. Esta inflación rápida habría sido impulsada por una densidad de energía de vacío muy alta que habría rodado lentamente por una pendiente poco profunda (inflación lenta): 
(imagen de Por qué pensamos que hay un Multiverso, no solo nuestro Universo).
Al final de la inflación, el campo inflatón bajará rápidamente la parte empinada del potencial al mínimo a 0 de energía potencial (etiquetado como vacío verdadero). Antes de esta fase de rodadura rápida, la parte del universo que se convirtió en nuestro universo observable estaría vacía de todas las partículas, pero estaría llena de la energía potencial del campo de inflaton de alta densidad de energía. Durante el rollo rápido a potencial cero (llamado recalentamiento), toda esa energía potencial de inflación de vacío de alta energía se habría convertido en partículas que eventualmente se descompondrían o se convertirían en partículas en nuestro universo actual. Al final del recalentamiento, el universo se llenaría con un plasma de quark gluón de alta energía y alta temperatura y todo este plasma fue generado por la energía en la energía potencial del campo de inflaton. Es este plasma de quark gluon el que establece la cantidad de materia (átomos más partículas de materia oscura) en un volumen similar de nuestro universo.
[Esta parte de esta respuesta es una parte de mi respuesta a: ¿De dónde vienen los primeros átomos? ]
Entonces, ahora la pregunta es, qué establece el nivel de energía potencial del campo inflatón:
Por lo tanto, el campo inflatón tiene una cierta cantidad de energía potencial por unidad de volumen y al sumar eso sobre el volumen de movimiento conjunto que estamos considerando nos dará la energía total disponible para hacer que todos los átomos y partículas de materia oscura del universo.
La respuesta a lo que establece el valor de energía potencial para el campo inflatón es que está determinado por las leyes de la física. En particular, si las leyes de la física realmente están determinadas por la teoría de cuerdas, entonces, por ejemplo, el nivel estaría determinado por la geometría exacta del múltiple compacto de las 6 o 7 dimensiones espaciales adicionales que requiere la teoría de cuerdas. Entonces, hasta que obtengamos la teoría correcta de todo, solo podemos adivinar qué determinó ese valor. Si el multiverso muestrea los 10 ^ 500 vacíos posibles de la teoría de cuerdas, entonces el contenido de cada universo individual y la densidad de masa estarían determinados por el nivel de la función de energía potencial del inflatón: si ese universo realmente contiene un inflatón.
Por cierto, el nuevo BICEP2 (experimento de física) ha arrojado algo de luz sobre los detalles de la función de energía potencial de inflaton. Vea ¿Qué dicen exactamente los resultados recientes de BICEP2 sobre la función de energía potencial de inflatón? y todas las demás preguntas y respuestas de Quora sobre los nuevos resultados. Por cierto, ahora se sabe que la gráfica de energía potencial que se muestra arriba no es correcta: la función podría ser tan simple como una parábola.
