宇宙是什么形狀？人類可能永遠(yuǎn)不知道答案

想象你駕駛一艘飛船，從地球出發(fā)，朝任意方向一直飛。飛出太陽系，越過銀河系邊緣，穿過本星系群那一片由星系組成的森林，進(jìn)入遙遠(yuǎn)宇宙的荒野——經(jīng)過黑洞、星系，還有數(shù)不盡的世界。然后問題來了：這些世界是無限多的嗎？你能永遠(yuǎn)飛下去，還是會(huì)撞上某種邊界？又或者，繞了一大圈后，你發(fā)現(xiàn)回到了起點(diǎn)？

這就是宇宙學(xué)里最大的難題，尤其是如果你把"最大"二字當(dāng)真來理解的話：我們的宇宙，到底是什么尺寸、什么形狀？我們手里有一些線索，但它們指向四面八方，所以答案在很大程度上仍然是個(gè)謎。

每次和朋友或同事聊起宇宙，我經(jīng)常要提醒他們：空間是巨大的，甚至可能沒有盡頭。這很難在腦子里建立直觀感受，但宇宙學(xué)家和偉大的思想家們已經(jīng)為此困惑了幾百年。要弄清宇宙有多大，最好的辦法是先搞清楚它是什么形狀。而關(guān)于宇宙可能長(zhǎng)什么樣，人們已經(jīng)提出了不少設(shè)想。

最簡(jiǎn)單的宇宙形狀，基本上就是一張平鋪的紙。當(dāng)然實(shí)際情況復(fù)雜得多，但這是個(gè)有用的比喻——物理學(xué)里的大多數(shù)東西都可以這么說。我會(huì)略過一些技術(shù)細(xì)節(jié)，但關(guān)鍵點(diǎn)是：如果宇宙是平的，你在學(xué)校學(xué)的幾何就全部適用。畫一個(gè)三角形，內(nèi)角和是180度，所有線條都是直的。可如果宇宙是彎曲的，事情就開始變得古怪了。你的三角形會(huì)是你不認(rèn)識(shí)的那種三角形，只是效應(yīng)太小，你察覺不到。宇宙可能像馬鞍一樣彎曲，也可能像個(gè)球，無論哪種情況，幾何都變成非歐幾里得的，因而有點(diǎn)奇怪。

宇宙的大小和形狀由兩個(gè)量決定：引力和暗能量。宇宙中所有物質(zhì)的引力把它向內(nèi)拉，暗能量則推動(dòng)它膨脹。如果這兩者完美平衡，宇宙就是平的。如果暗能量占上風(fēng)，宇宙就是薯片形狀的。這兩種形態(tài)都允許宇宙是有限的或無限的——兩種情況下都有模型能成立。

如果引力占上風(fēng)，宇宙就是球形的，因而有限——這是最簡(jiǎn)潔的解決方案。然而，根據(jù)我們對(duì)宇宙各種大尺度觀測(cè)的結(jié)果來看，宇宙似乎很可能是平的。但話說回來，最近的觀測(cè)顯示暗能量可能隨時(shí)間推移在減弱，這真的凸顯了我們對(duì)宇宙整體的認(rèn)識(shí)是多么有限。暗物質(zhì)同樣神秘，盡管我們正在繪制越來越精確的暗物質(zhì)分布圖，而它是宇宙引力的關(guān)鍵組成部分。