宇宙到底是什么形状呢？

南黑天家

当你远离城市和道路的灯光污染，在空旷的原野或高耸入云的山尖仰望星空，你将会发现一幅宛如神迹的画面。漫天星辰在你头顶的形成一个宏大天穹，在那浩瀚无垠的宇宙中闪耀。

在我们探索宇宙的过程中，我们有一些惊人的发现——如黑洞、暗物质、包含数千亿颗恒星的星系以及壮观的星云。我们可以把所有这些天体放在一张与以地球为中心的星图上，但请用打破常规的方式来延伸思考一下…….

请想象一下那些在我们的星球之外、太阳系之外、银河系之外甚至在宇宙之外地方的景象。想象一下如果你是一个在宇宙之外俯视着宇宙的超级存在，那么我将迫不及待的向你询问一个重要问题，你看到了什么？或者说宇宙是什么形状？

难以令人置信却迷人

人类的大脑很难理解宇宙的宏大。在某一时刻，“无穷”这个词所实际代表的距离和范围对于我们的想象极限来说都过于巨大，以至于无法通过比例透视等工具进行描述。我们仅仅在讨论宇宙内的景象时就会产生此类困扰，更不用说要去宇宙之外测量宇宙的形状。幸运的是，有一群科学家喜欢利用他们聪明的大脑来思考这些难题。虽然我们目前对宇宙形状这个令人烦恼的问题没有一个确切答案，但我们也有了一些猜想。

（通常我不头疼，我头痛时一定是在思考相对论）

无法不提及的爱因斯坦

每当任何有关太空的理论或争论出现时，阿尔伯特·爱因斯坦的名字似乎总是不可避免地蹦出来，当然这个问题也不例外。要清楚的了解宇宙的形状，我们需要深入了解爱因斯坦的广义相对论。如果你自认为已经足够了解它，这就是那个德国天才曾经说的……这只是你以为。

简单地说，爱因斯坦假定空间、时间、质量和能量是密不可分的。他认为重力可以导致光线弯曲，影响时间，甚至决定空间本身的形状。而重力是由有质量的物体产生的，所以这个论证可以有一个推论为——质量可以扭曲空间。

正如我们所知，宇宙中存在大量有质量的天体和物体，因此宇宙的密度可以进行计算(宇宙总质量除以宇宙总体积)。在这里有一个重要的参数叫做“临界密度”，这是宇宙的“平衡”点。这个临界密度是根据宇宙的膨胀率计算出来的。（PS: 如果宇宙实际密度小于临界密度，宇宙就会一直膨胀下去，称为开宇宙；如果宇宙实际密度大于临界密度，膨胀过程迟早会停下来，并随之出现收缩，称为闭宇宙）。

现在距离宇宙大爆炸已经过了140亿年了，宇宙一致在快速膨胀（甚至有人说宇宙在加速膨胀）。

科学家们已经发现宇宙中的一切物体，在宏观层面上来看都在相互远离。我们现代天文学面临的最大问题就是要搞清楚宇宙是在继续膨胀，还是停止膨胀或者甚至开始收缩？讨论宇宙形状的过程中，这是最有趣的一个问题。

膨胀的宇宙

宇宙可能的三种状态

现在我们有了宇宙临界密度的概念，但如何计算宇宙的实际密度呢（实际宇宙的体积和质量）？虽然，不管我们从哪个方向观测，最多只能观测到140光年远。那到底该如何来测量宇宙的实际密度呢？但科学家通过定义“可观测宇宙”找到了一个相当好的测量方法，即我们只测量可观测的宇宙体积并估算可观测范围内宇宙的质量。因此，我们的宇宙可能有以下三种可能性：

（宇宙的形状？可能是平面、曲面或。。。。）

可能1:宇宙实际密度大于临界密度——在这种情况下，宇宙的形状是一个完美的球体。从本质上说，宇宙包含了足够的质量，引力最终阻止了从大爆炸开始的膨胀。这种宇宙被称为“闭宇宙”，没有起点和终点(一个球体)。最终，膨胀将会逆转，我们将会经历大爆炸的逆向过程，整个宇宙将会压缩到一个点。这种令人不安的命运通常被称为“大坍塌”。

可能2:宇宙实际密度小于临界密度——在这种情况下，宇宙的形状就时一个像马鞍的双曲面(几何术语)。由于宇宙没有足够的质量产生的引力来阻止膨胀，宇宙将永远向外膨胀。这种宇宙被称为“开宇宙”。

可能3:实际密度恰好等于临界密度——在这种情况下，宇宙的形状是完全平坦和无限的。虽然这似乎是最不可能的(两种密度正好完全平衡)，但这实际上是科学界最普遍的假设理论。宇宙的膨胀将逐渐放缓不会出现有大的收缩或“坍塌”，或许要过几百亿年或几千亿年后才会到达膨胀停滞点。

图解:宇宙的形状，图中Ω为实际密度与临界密度比值

而这对我们意味着什么？

虽然想象我们在头顶之上宏大的宇宙中扮演着什么样的角色很有趣，但事实是，上面讨论的宇宙形状和各种密度测量永远不会影响我们的生活。此外，我们也很难理解宇宙和光年这样的尺度，也几乎不可能想象出几十亿年后的景象。无论我们最终是被拉伸成一个冰冷的、无限的、冻结的宇宙，还是被压缩成一个奇点，可以肯定的是我们没有机会看到这个最终的景象。我们可以猜测最终的答案，但我们仍然被可观测的宇宙所限制，被数以百计其他无法解释的宇宙现象和异常现象所迷惑。

当然，如果我们能超脱出宇宙，在外俯视它的形状 (无论它究竟是何样)，那一定是一幅壮美的景象!

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. John Staughton-大卫高怕飞

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原文地址：今日头条