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只要我们走出宇宙 ， 然后围着宇宙转几圈 ， 就可以知道宇宙是什么形状 ， 然而这就目前的情况来看 ， 这似乎是不可能的 。 所以我们只能通过对宇宙的认知来推测宇宙的形状是什么样子 。

如果我们把一个空间里的所有物质全部拿走 ， 那还剩下了什么？答案是什么都没有了吗？错 ， 其实剩下的至少还有空间本身 。 爱因斯坦在广义相对论中指出 ， 空间是客观存在的 ， 并且空间还会因为物质质量的存在而产生弯曲 ， 具体表现在物质的质量越大 ， 空间的弯曲程度就越高 。
值得一提的是 ， 这个理论可以很好地解释引力的本质 ， 比如说太阳因为庞大的质量而使周围的空间产生了明显的弯曲 ， 地球在这个弯曲的空间中沿着测地线运动 ， 就变成了围绕着太阳转圈 ， 这样就造成了引力效应 。

（由于我们无法用额外的维度来描述这种时空的弯曲 ， 因此上图其实是降了一维）
如果爱因斯坦是正确的 ， 那么宇宙的形状就应该是由宇宙中的所有物质的质量“合力”塑造而成 ， 而根据宇宙学原理 ， 宇宙中的每一处空间都是等效的 ， 这就意味着 ， 宇宙空间在整体上拥有一个统一的曲率 ， 而从理论上来讲 ， 在这种情况下 ， 宇宙的形状只可能有三种 。

如上图所示（注意 ， 这也是降了一维的） ， 如果宇宙空间的曲率为零 ， 那么宇宙的形状就是平坦的三维空间 ， 就像一张平坦的“纸”一样 ， 如果为正则是一个封闭的球形（三维球面） ， 而如果为负的话 ， 宇宙的形状就是一个三维的马鞍面 。
那么问题来了 ， 宇宙到底属于哪一种？是一张平坦的“纸” ， 还是一个封闭的球形？又或者是一个“马鞍面”呢？很明显 ， 我们需要去测量宇宙空间的曲率 。

根据“大爆炸宇宙论” ， 宇宙形成于大约137亿年前的宇宙大爆炸 ， 而在宇宙诞生之初所产生的那些古老的光线（电磁波） ， 至今仍然在整个宇宙中传播 ， 只不过在穿越了漫长的时间和空间之后 ， 它们早已成为了微波 ， 这些微波均匀地分布在整个宇宙空间里 ， 就像宇宙的背景一样 ， 所以这就被称为宇宙微波背景辐射 。
科学家认为 ， 宇宙微波背景辐射的光子在宇宙中传播了非常遥远的距离 ， 如果宇宙空间真的存在曲率的话 ， 那么它们肯定也会因此而受到影响 ， 从而在微波背景辐射图中表现出来（具体分析见下图） 。

2001年 ， 威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）发射升空 ， 它的任务就是观测宇宙微波背景辐射的细微变化 ， 在对这个探测器多年来传回的数据进行深入研究之后 ， 科学家得出一个结论 ， 即宇宙空间并不存在曲率 ， 换句话来讲就是 ， 宇宙的形状是一张平坦的“纸” 。
然而在2019年11月4日 ， 一篇发表在《自然》杂志上的论文《普朗克证明宇宙密闭和宇宙学可能发生的危机》却指出 ， 根据普朗克卫星传回的数据 ， 宇宙空间的曲率应该为正 ， 也就是说 ， 宇宙的形状应该是一个封闭的球形 ， 这是怎么回事呢？我们接着看 。

（注：普朗克卫星也是一个宇宙微波辐射探测器 ， 该探测器于2009年发射升空 ， 与WMAP卫星相比 ， 它拥有更加灵敏的角解析力）
【宇宙空间|宇宙是什么形状？是一张平坦的“纸”，还是一个封闭的球形？】宇宙空间的曲率受到两种力量的影响 ， 一方为宇宙本身的物质质量产生的引力 ， 其作用是让宇宙空间的曲率为正 ， 另一方则是宇宙膨胀产生的斥力 ， 其作用是让宇宙空间的曲率为负 ， 当这两种力量正好平衡的时候 ， 宇宙空间的曲率就为零 ， 在这种情况下 ， 宇宙就是平坦的三维空间 。
只要我们知道了宇宙的膨胀率 ， 也就是哈勃常数 ， 就可以计算出与之刚好平衡的引力 ， 进而计算出宇宙在这种情况下的密度 ， 这个密度就被称为“宇宙临界密度” ， 科学家通过计算后得出 ， “宇宙临界密度”为每立方米大约5.7个质子的质量 。
也就是说 ， 如果实际测出的宇宙平均密度等于这个值 ， 宇宙就是平坦的三维空间 ， 如果比这个值低 ， 宇宙就是三维的马鞍面 ， 而如果比这个值高 ， 宇宙就是一个封闭的球形 。分页标题#e#
上述论文的研究人员指出 ， 通过对宇宙微波背景辐射“引力透镜化程度”的分析 ， 他们计算出宇宙的实际平均密度大约为每立方米6个质子的质量（这比“宇宙临界密度”要高出大约5%） ， 并据此推测出宇宙是封闭的 。

不得不说 ， 如果这种推测成立的话 ， 宇宙就不是我们想象中的那样无边无际 ， 在这种情况下 ， 假如我们在宇宙中向着同一个方向一直前进 ， 那么在很久很久以后 ， 我们将回到自己出发时的位置 。
然而由于我们目前对哈勃常数的测量并不准确 ， 具体表现为用不同的方法测得的哈勃常数存在着明显的差异 ， 这就会造成我们对“宇宙临界密度”的计算不准确 ， 所以在此基础上推测出的结论并没有得到大多数科学家的认同 ， 就目前的情况来看 ， 尽管宇宙的形状还存在着较大的争议 ， 但总的来讲 ， 大多数科学家还是倾向于宇宙是一张平坦的“纸” 。
好了 ， 今天我们就先讲到这里 ， 欢迎大家关注我们 ， 我们下次再见 。
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来源：(魅力科学君)

【】网址：/a/2021/0128/kd653154.html

标题：宇宙空间|宇宙是什么形状？是一张平坦的“纸”，还是一个封闭的球形？