空间有形状吗?

有三个理论有助于我们理解宇宙的形状大爆炸,引力理论而且爱因斯坦的广义相对论．宇宙学家在形成关于空间形状的假设时，会考虑所有这些理论。但这些理论究竟想解释什么呢?

大爆炸理论试图描述宇宙的起源。通过观察和分析，天文学家断定宇宙正在膨胀。他们还进行了探测和研究光它起源于数十亿年前宇宙还很年轻的时候。他们的理论是，曾经，宇宙中所有的物质和能量都包含在一个非常小的点里。然后，宇宙突然膨胀。物质和能量以数百万光年每分每秒。它们成为了我们所知的宇宙的基石。

引力理论指出，每个物质粒子对其他物质粒子都有吸引力。具体来说，粒子之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。方程是这样的:

F = GMm/r²．

F是万有引力。M和M代表两个物体的质量。r²是两个物体之间距离的平方。G是什么?这是一个引力常数．它表示任意两个物体之间的比例常数，无论它们的质量是多少。引力常数是6.672 x 10^-11年N m²公斤^－2【来源:物理世界］．这是一个非常小的数字，它解释了为什么物体不会一直粘在一起。只有质量很大的物体对其他物体的引力作用才会超过可以忽略不计的程度。

如果大爆炸理论是正确的，那么当宇宙开始时，一定有巨大的能量爆发，将物质推得如此之远、如此之快。它必须克服宇宙中所有物质之间的引力。宇宙学家现在试图确定的是宇宙中究竟有多少物质。18新利最新登入有了足够多的物质，引力会逐渐减缓，然后逆转宇宙的膨胀。最终，宇宙会收缩成另一个奇点。这叫做大危机．但如果没有足够的物质，引力就不足以阻止宇宙的膨胀，宇宙就会无限膨胀。

那么相对论呢?除了解释能量和物质之间的关系，它还得出了空间存在的结论弯曲的．太空中的物体在椭圆轨道上运动并不是因为重力，而是因为空间本身是弯曲的，因此直线实际上是一个环。在几何中，曲面上的直线是a测地线．

上述三种理论构成了关于空间形状的各种理论的基础。但对于哪种形状是正确的，并没有真正的共识。

什么是理论上的空间形状，为什么我们不知道哪一个是正确的?在下一节中找到答案。

宇宙的三个主要模型都是基于曲率的:零曲率，正曲率而且负曲率．

曲率为零意味着宇宙是平或欧几里得宇宙(欧几里得几何处理非曲面)。把空间想象成一个二维结构——欧几里得的宇宙看起来像一个平面。平行线只有在平面上才有可能。在一个平坦的宇宙中，有足够的物质使宇宙无限膨胀而不会逆转到坍缩，尽管膨胀的速度会随着时间的推移而下降。

如果宇宙的曲率是正的，那就是封闭的宇宙．这样一个宇宙的二维模型看起来像一个球体。不可能有平行测地线(曲面上的直线)——这两条线会在某个点相交。在一个封闭的宇宙中，有足够的物质来逆转膨胀。最终，这样的宇宙会自行坍塌。一个封闭的宇宙是一个有限的宇宙——它只会在坍缩之前膨胀到一定的大小。

负曲率比较难理解。最常见的描述是马鞍。在负曲率模型中，在平面上平行的两条线会相互延伸。宇宙学家称之为宇宙的负曲率模型开放的宇宙．在这些宇宙中，没有足够的物质来逆转或减缓膨胀，所以宇宙继续无限膨胀。

这是否意味着空间的形状像一个平面，一个球体或一个马鞍?不一定。请记住，时空是在四维空间中测量的，这降低了二维例子的有用性。关于宇宙的最终形状有许多相互竞争的理论。

一种可能的形状是三重环．乍一看，三环面似乎是一个普通的立方体。但是立方体的每个面都是粘对着对面的脸。想象一下，你在一艘宇宙飞船里，飞船在一个大立方体里飞行。你朝立方体的顶端走去。一旦接触了，你就不会把自己摔扁。相反，您将出现在立方体底部的相应位置。换句话说，你从顶部上升，从底部回来。如果你往任何方向走得足够远，你最终会回到你出发的地方。这并不是一个陌生的概念，因为地球如果你走直线，你最终会回到起点。你会很累的。

另一个形状是Poincaré十二面体球形．一个十二面体是一个12面物体。Poincaré变体的表面略微向外弯曲。令人困惑的是，这个宇宙的投影尺寸比我们实际观测到的面积要小。换句话说，我们的可见性超越了宇宙的边界。宇宙学家说，没问题。当你遥望远方星系这似乎超出了空间的边界，你实际上正在经历上面描述的环绕效应。所讨论的星系实际上在你的身后，但你透过这个十二面体的一个面看，就好像它是一扇窗户。如果你能看得够远，你就能看到自己的后脑勺了。

晕了吗?宇宙还可以有许多其他的理论形状，但大多数都不符合我们目前掌握的证据。证据是什么?我们如何收集证据?18新利最新登入在下一节中找到答案。

光学望远镜让我们可以观察可见光光谱内的物体，但它是相对较弱的工具。这是因为来自遥远星系的光可以在到达地球之前拦截粒子云和其他物体。其他设备可以测量远远超出可见光谱的波长。最近宇宙学的许多研究都集中在宇宙微波背景（招商银行)．宇宙微波背景辐射是宇宙在38万年时产生的辐射[来源:Luminet］．通过研究这种辐射，宇宙学家可以得出关于宇宙形成后不久的结论。

使用威尔金森微波各向异性探头（威尔金森微波各向异性探测器)，科学家们对宇宙微波背景有了一个有趣的发现。他们发现CMB辐射波长的变化在某一点停止。在一个无限的、无界的宇宙中，波长的大小是没有限制的。我们期望看到各种大小的变化和频率。只有在一个有限的宇宙或一个非常特殊的无限宇宙中，我们才会期望看到波长的确定上限。

至于膨胀，宇宙学家把宇宙中物质的数量与停止膨胀所需的数量之比称为“膨胀”密度参数．密度参数大于1意味着宇宙是封闭的——宇宙中有更多的质量来逆转膨胀。密度参数为1意味着宇宙是平坦的，膨胀速度减慢，但从未真正停止。密度参数在0和1之间意味着一个开放的宇宙将永远膨胀下去。

但我们不知道宇宙中究竟有多少物质。18新利最新登入我们能探测到的数量相对较小——只占逆转膨胀所需物质的5%。但似乎存在着我们根本看不到的物质。宇宙学家已经注意到，恒星的运动方式很奇怪——它们的行为就好像有比我们能探测到的更多的物质对它们施加引力影响。一些宇宙学家推测，这意味着有一种我们根本看不见的物质，叫做暗物质．

但是有足够多的暗物质来引起大坍缩吗?也就是说，宇宙中是否有足够的物质来弥补这一平衡，并将这一比例推至1或更高?虽然宇宙学家认为宇宙中的暗物质比可观测物质多得多，但他们估计可见物质和暗物质的总和仍然只达到逆转膨胀所需量的30%左右[来源:弦理论网站]。

虽然我们现在还不知道太空的确切形状是什么，但研究每天都在为我们带来新的信息。18luck手机登录如果空间有边界，那么边界之外是什么呢?我们不知道，也许我们也无法知道。

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