當我們(men) 仰望夜空時，我們(men) 通常會(hui) 看到兩(liang) 種重複出現的形狀，諸如：恒星、行星、衛星以及許多其他的小行星，它們(men) 在本質上是球的形狀，而太陽係、星係、乃至黑洞則是傾(qing) 向於(yu) 扁平的圓盤，而這些形狀是重力對大質量物體(ti) 影響的自然體(ti) 現，但最龐大的質量結構會(hui) 是什麽(me) 形狀呢？如果我們(men) 能從(cong) 外部視角來觀察整個(ge) 宇宙的話？它會(hui) 是個(ge) 什麽(me) 樣子呢？今天半夏就來回答你這個(ge) 非同尋常的問題:我們(men) 的宇宙究竟是什麽(me) 樣的形狀呢？

什麽(me) 形狀呢？

幾千年來，人們(men) 一直在猜想我們(men) 宇宙的形狀，因為(wei) 我們(men) 有一種內(nei) 在的願景，那就是對我們(men) 所生活的世界進行分類、排序，並從(cong) 那充滿不確定性的混亂(luan) 中來建立某種秩序。為(wei) 此，我們(men) 最主要的願景之一就是想要了解它的外觀。縱觀曆史，宗教文獻以不同的方式回答了這個(ge) 問題。耆那教經文將宇宙描述為(wei) 類似於(yu) 一個(ge) 人體(ti) 的形狀，頂部狹窄，中間和底部漸寬，古代以色列人則視宇宙為(wei) 漂浮在水麵上的扁平圓盤，上麵是天堂，下麵是冥界。

天堂與(yu) 地獄

哲學家亞(ya) 裏士多德認為(wei) 我們(men) 的宇宙是一個(ge) 球體(ti) 。因為(wei) 球體(ti) 是最完美的形狀，而印度教文獻則認為(wei) ：宇宙是一個(ge) 巨大的宇宙蛋，裏麵包含著世間萬(wan) 物。不過，由於(yu) 我們(men) 對這個(ge) 世界認知的不斷進步，我們(men) 實際上可以計算出宇宙的形狀，並首次在曆史上得出科學的答案，從(cong) 前人們(men) 沒有辦法知道宇宙是什麽(me) 形狀，但是當阿爾伯特·愛因斯坦提出了他的廣義(yi) 相對論時，這個(ge) 問題迎來了一個(ge) 新的轉折點，因為(wei) 相對論表明：質量導致了空間結構的彎曲，因此宇宙的形狀以及它的最終命運，可以通過它所包含的物質數量來進行推斷，同時還能計算得出一個(ge) “臨(lin) 界密度”，即宇宙在無限長的時間後，停止膨脹所必需的質量數量。

臨(lin) 界密度

科學家能夠將宇宙中的實際質量與(yu) 臨(lin) 界密度進行比較，並以此確定宇宙的形狀以及它最終將會(hui) 如何終結，因為(wei) 事實證明它可能會(hui) 有三種形狀。 如果宇宙的密度小於(yu) 臨(lin) 界密度，那麽(me) 宇宙中就沒有足夠的物質來抵消膨脹並阻止擴展，因而我們(men) 宇宙將永遠的膨脹下去。在這種情況下，宇宙被認為(wei) 是呈馬鞍狀的雙曲線。

馬鞍狀雙曲線

然而，但凡談及到宇宙的形狀時，最重要的是記住：我們(men) 的宇宙實際上存在於(yu) 四維空間中，所以當我們(men) 所談論的任何形狀，都是我們(men) 能夠理解的低維形狀。但在這種情況下，我們(men) 實際上談論的結構也是“四維鞍形”，盡管光永遠不會(hui) 回到它起源的地方，而是會(hui) 永遠的存在，並且隨著時間的推移，它會(hui) 距離它的起源更加遙遠，並且由於(yu) 它不斷地膨脹擴展，它最終會(hui) 到達一個(ge) 點，在這個(ge) 點上物質會(hui) 開始被拉伸並分解成碎片。從(cong) 而致使我們(men) 的宇宙以所謂“大撕裂”的方式結束。

宇宙撕裂

如果宇宙的密度大於(yu) 臨(lin) 界密度，那麽(me) 宇宙將最終會(hui) 停止膨脹。這將使我們(men) 宇宙變成封閉的狀態。它將呈現出四維球體(ti) 的形狀。在這種情況下，宇宙是有限的，可是卻沒有可辨別的邊緣，但這也意味著：任何光在繞著宇宙旅行之後，最終會(hui) 在它開始的地方結束，一個(ge) 球形的宇宙會(hui) 以一種叫做“大緊縮”的方式終結。所有的物質開始被拉向自身並在反向大爆炸中被粉碎，盡管這不是對宇宙形狀普遍認可的觀點，不過，2019年發表在《自然天文學》上的一項研究得出了結論：基於(yu) 普朗克衛星對宇宙微波背景輻射的測量，宇宙有99%的概率是封閉的。該論文認為(wei) ：標準的宇宙模型是基於(yu) 未知的物理學，沒有人真正見過宇宙膨脹、暗能量或者是暗物質。我們(men) 可能需要研究一套完全不同的物理學來幫助理解我們(men) 宇宙的形狀。盡管如此，最廣泛接受的宇宙理論是：它的實際密度是等於(yu) 它的臨(lin) 界密度的，即宇宙是平的，就像是一張紙，而它的範圍卻是無限的，科學家利用威爾金森微波各向異性探測得出了結論：如果宇宙是平的，那麽(me) 微波背景波動將隻有一個(ge) 角度，這是既定的事實，在2013年國際宇航局宣布：宇宙是平的，而且隻有8.4%的誤差。這意味著宇宙的總密度約為(wei) 每立方米5.9個(ge) 質子，其中4.6%是原子，24%是暗物質，71%是暗能量，宇宙的終結的方式將與(yu) 馬鞍宇宙的終結方式相似，所有物質在大裂縫中會(hui) 被撕裂。盡管鞍形、球形和平麵形是宇宙最有可能呈現的形狀，但這並不意味著沒有其他的幾何理論。如上所述，許多關(guan) 於(yu) 膨脹的物理現象是未知的，所以我們(men) 的宇宙可能呈現出完全不同的形狀。

宇宙膨脹

想來有一天，隨著我們(men) 對世界認知的不斷深入，那時甚至有可能發展出新的物理學，並以此來定義(yi) 宇宙的形狀。

屏幕前的你們(men) 認為(wei) ：宇宙究竟是什麽(me) 形狀的呢？



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