宇宙究竟是圆还是平？我们离答案更进一步

yehangdy

1622年，麦哲伦的伟大航程证明地球其实是一个球体，到了航天时代，我们通过卫星的直接观测，早已熟知地球是一个椭球体。人类的探索是永无止境的，现在该开始讨论宇宙是什么形状了。

大多数学者将宇宙空间视为类平面：你向一个方向移动，最终会不断远离起点。但是一篇新论文表明，宇宙实际上可能也是球形的：如果你在沿着一方向上走得足够远，将回到起点。

关于宇宙形状的假设

目前的宇宙理论认为宇宙可能是类似状的负弯曲形状，该理论源于大爆炸理论，整个宇宙的外形如同一个吹起的气球，我们则生活在宇宙的“表面”之上。

根据爱因斯坦的相对论，这个表面可以弯曲成不同的形状，科学家推断宇宙有三种可能的形状：平坦的，开放的或封闭的。平坦的空间可以用平面来理解，这也我们在日常生活中体验空间的方式，光束会沿着平面延伸到无穷远。而开放的宇宙模型类似于马鞍形的，光束会随着空间的扭曲而弯曲。封闭的宇宙将是一个类球体，光束最终会绕着它回绕以达到其起点。

宇宙最有可能是平坦的

目前的证据表明，宇宙空间实际上是平坦的。理论上，宇宙大爆炸假说是最被人接受的理论，根据大爆炸理论，科学家们推断出了宇宙空间应该是平坦的。现代的测量数据，包括宇宙背景探测器（COBE），威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和普朗克卫星的CMB地图，都表明宇宙在广度上是无限的。根据CMB新的测量数据进行估值，普朗克项目的科学家计算出宇宙的年龄是138亿年，宇宙的膨胀速率是47、73英里每秒、每百万秒差距，或者是67、15公里每秒、每百万秒差距（1秒差距为3、26光年）。

但是去年，普朗克卫星的观测数据出现了一点“小偏差”。

为了确定宇宙的形状，科学家们一直在利用普朗克卫星研究一种称为宇宙微波背景辐射（CMB）的现象。

这是从大爆炸中残留的电磁辐射，也称为“遗迹辐射”。它充满了整个宇宙空间，是宇宙中最古老的光，如果你曾经使用过老式电视机，屏幕上偶尔出现的“雪花”就是宇宙古老的低语，电视机所接收的信号是电磁波辐射，而宇宙微波背景辐射也同样是电磁波辐射，所以电视机收到一些宇宙微波背景辐射也是很正常的。在电视机的屏幕呈现出来的雪花屏，就是来自宇宙的辐射波。

欧洲的科学家们一直在分析普朗克卫星传回的CMB波动，他们早已知道这些波动与宇宙中暗物质和暗能量的数量有关。尽管他们仍然无法检测到暗物质或暗能量，但确实知道它们大约有多少，而这些质量庞大的暗物质会产生引力透镜现象。

什么是引力透镜

透镜我们都知道，光线穿过不同介质时会发生路径偏移。爱因斯坦通过相对论推导出物质质量会改变附近的时空，那么光在通过大质量天体附近时会被弯曲，产生类似于透镜的折射效果，被称为引力透镜，引力透镜的存在是我们能观测到几十光年外的天体，而不会被其它的星体挡住。

好的，至此所有的基本概念都解释清楚了，下面进入正文部分。

为什么宇宙也可能是圆的

普朗克团队的科学家在几年前就注意到了比预期中更大的透镜效应，这一异常现象在他们去年发布的完整数据集的最终分析中表现得最为明显。

如果宇宙是平坦的，宇宙学家预计由数据的随机统计起伏而产生的曲率测量应该落在数值为 0 的一个“标准差”之内。但无论是普朗克小组还是这篇新论文的作者都发现，CMB 的数据偏差为 3.4 个标准差。

因此，当研究人员发现CMB的引力透镜效应比预期的要强时，他们意识到了这其中隐含了有关宇宙形状的线索——空间本身就存在部分弯曲。

这些发现最明显的解释是宇宙是封闭的，而不是以前认为的平坦。这将是一个巨大的发现，以至于研究人员称其为“宇宙学危机”。

?但是，由于存在复杂性，这意味着我们无法确定宇宙是否绝对封闭。例如，宇宙在不断膨胀，研究人员对这膨胀的速度严重不满，这使得宇宙的曲率更难预测。

此外普朗克数据的其他分析也有力地支持了平坦宇宙的想法。团队还分析了2018年的普朗克数据，发现了曲率的证据。但是，当他们将其与其他普朗克数据集和重子声波振荡数据进行比较时，他们发现了“支持平坦宇宙空间的有力证据”。

因此对于这篇论文，几乎所有宇宙学家都认为根据所有的观测证据来看，宇宙应该就是平坦的。他们倾向于相信这次的例外只是一种统计起伏，可能是普朗克分析中出现的某些微小的误差所造成的结果，也可能完全就是噪音波动或随机性造成的结果。他们坚信，无论哪种情况，都没有必要就此认为宇宙是闭合的。

该研究的意义

这也不能代表这篇论文缺乏实际意义，在旧的宇宙学理论ΛCDM（希腊字母Λ代表暗能量，CDM 表示冷暗物质）中，我们的宇宙有 6 个关键的属性，也就是说，只需要6个参数就能描述出当前宇宙的状态，而ΛCDM模型中没有任何与曲率相关的参数，也就是说默认了宇宙是平坦的。

6个参数

此次研究让科学家们意识到了，这个理论模型还存在不足之处，虽然不至于是错的，但至少还不稳定。部分科学家们在考虑添加一个新的参数，用来描述宇宙空间的曲率变化。

所以，尽管这个新发现为球形宇宙提供了有利的证据，但是宇宙的形状仍然是一个悬而未决的问题。


原文地址：今日头条

wz306

宇宙是个谜，答案在心底