宇宙的形状到底是怎样的

　　如果突然你能飞出宇宙，那你会看到怎样的景象?宇宙看起来会怎样呢?科学家也纠结这个问题，那么宇宙的形状到底是怎样的呢?

　　宇宙的形状

　　在爱因斯坦的广义相对论中，空间和时间被连接在一个有弹性的“簇拓扑空间”——一个数学对象中，这个拓扑空间的每个小片粗看象一个四维的橡胶片。光线沿拓扑空间的轮廓前进，这个轮廓被叫做测地线。在一个平坦的平面上，从一个远距离对象发出的平行光将保持和它们接近一个观测者时同样远近的分隔。但是在一个有正曲率的表面，如一个球，接近的光线将移动更远的间隔，使得远处的物体看起来比正常物体更大。在一个有负曲率的表面，如一个马鞍，平行光束将更紧密的结合在一起，使得物体看起来更小。

　　因为弯曲的簇拓扑空间对光的扭曲不同于扁平的簇拓扑空间，所以弯曲的簇拓扑空间也应该产生不同种类的CMB。用微波探测器(叫做BOOMERANG)观察到的1-degree-wide波正好是理论预言的扁平宇宙所应该有的，对于这个结论大部分物理学家至少希望用微波各向异性探针的(MAP'S)图象证实。一些研究者希望MAP将给出关于宇宙大小和形状的更多详细而精确的信息。“当我们看微波背景的时候，我们基本上留意到了球的表面，” 普林斯顿大学的一个天体物理学家和MAP科学队的一个成员David Spergel解释道。如果宇宙是无限的，那么“最后散射的表面”将不能给出关于它的形状的线索。但是如果宇宙是有限的，那么时空和安置在时空当中的散射表面必需使它们自身向后弯。一个足够巨大的球将会把自己相交贯穿至少形成一个圆周，正如一个围绕着销子搭接起来的圆盘一样。

　　实际上，Spergel说，因为光能通过不止一个路径穿过弯曲的时空，所以天文学家将看到一个交叉点不是一次而是两次，与一对圆周在天空的不同部分描绘出冷点和热点的方式相同。在美国的Spergel组和在巴黎天文台由Jean-Pierre Luminet领导的组正在研制一些运算法则以搜索在MAP数据中的这种信号。其间，数学家Jeff Weeks，一个纽约州的自由记者已经写了一个把一对圆周转化为宇宙模式的计算机运算法则。Weeks说，对形象化最容易的是一个“曲面(toroidal)”宇宙比最后散射的表面小。他指出，在包围着一个圆环面的两维宇宙中，天文学家看起来将在假想出的空间的盒子的相对的两个壁上看到同样的点。相似的，在三维曲面(toroidal)宇宙中，天文学家将在相对的方向看到三对圆周。

　　toroidality仅仅是对扁平的有限宇宙来说10个不同toroidality之中最简单的一个。如果宇宙被证实是弯曲的——这一点在当前还不是事实——那么对Weeks的运算法则来说将会有无限多的可能性去尝试。“我们将开始尽可能快的关注任何可用的数据，”Weeks说。如果宇宙合作，他们可以不用等太长时间，Spergel说：“两年后，我们就能知道我们住在一个有限的宇宙中。”

　　测量宇宙

　　天文学家通过测量宇宙的膨胀速率和它的密度来确定其形状。

　　20世纪初，在研究遥远的星系时，美国天文学家埃德温·哈勃注意到这些星系都远离银河系而去。他宣布，宇宙正朝四面八方膨胀。自那时以来，天文学家依赖对超新星和其他天体的测量来更精确地计算宇宙膨胀的速度。

　　还有通过测量宇宙的背景辐射来确定它的形状。美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)通过测量宇宙微波背景的波动来确定宇宙是开发还是闭合的。在2013年，科学家宣布，宇宙是平坦的，误差幅度只有0.4%。