宇宙的形状是什么？

By Elizabeth Rayne

2022/11/14

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宇宙可能是广袤的，但研究人员有多重揭示它的形状的证据点。

宇宙可能是广袤的，但研究人员有多个揭示它的形状的证据点。 (Image credit: Weiquan Lin via Getty Images)

宇宙可能看似无形状的，因为它是如此广袤，但它确实有一种天文学家能观察到的形式。如此，它形状的像什么一样呢？

专家告诉生活科学杂志，物理学家认为宇宙是平坦的。有几行证据指向这个平坦的宇宙：来自大爆炸留下的光、在不同位置的宇宙膨胀速度以及从不同角度这个宇宙“看”的样子。

大卫·斯佩格尔是一位普林斯顿大学的理论天体物理学家和天体物理科学的名誉教授，几十年来一直探索了宇宙的形状。在2003年发表在《天体物理学杂志》上的一项研究中，斯佩格尔测量了从大爆炸留下的光宇宙微波背景（CMB）中的不规则性，这被美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）观测到后来被欧洲航天局的普朗克宇宙飞船观测到。

在一个平坦宇宙中的正负能量刚好是相同的，因此彼此抵消。如果宇宙有过一个曲率，一个会比另一个更高。斯佩格尔告诉生活科学杂志，“一个平坦的宇宙对应于一个有零能量的宇宙”。

在这种情况下，威尔金森微波各向异性探测器的宇宙微波背景辐射波动的测量提出了宇宙既是无限的又是平坦的。斯佩格尔还将这些测量结果与欧洲航天局的普朗克宇宙飞船的测量结果比较，这进一步约束了宇宙可能会采取的形状。

斯佩格尔说，“我们能用一些不确定性测量曲率，如此我们能说曲率是零但有一些不确定性，虽然我们能降低不确定性，但我们仅充其量在约束几何”。

另一个斯佩格尔这个宇宙是平坦的正面因素是它的快速扩张，这被哈勃常数捕获。因为宇宙从作为一个物质的紧凑球以惊人的速度向外扩张走进来存在的，所有的伸展让它平坦的，或者至少尽可能接近平坦的。

宇宙的平坦度的证据也出现在所谓的临界密度中。按照澳大利亚斯文本理工大学，在临界密度下，一个假设的宇宙将是平坦的并最终停止扩张，但只在一个无限时间后。如果一个假设的宇宙比这更密，它会弯曲的像一个球体一样并最终由于引力坍缩在它自己上------一种提议的叫“大碾压”的现象。

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但所有我们的真实宇宙的测量都提出它刚好低于临界密度，这意味着这个宇宙既是平坦的又将无限的扩张。

然而，另一条证据提出宇宙是平坦的：它是各向同性的，这意味着从每个角度看它都是一样的。俄罗斯核研究所的物理学家安东·库达金和他的同事们观察了关于有规律的重子振荡的数据以及大爆炸后不久比氢更重的原子核怎样被创造的模型来估计宇宙的曲率。

库达金告诉生活科学杂志，“在不同的几何形状中，物质和光不一样的演变，这允许我们从观测数据来提取出宇宙的三维形状”。

这项发表在《物理评论D》杂志上的研究发现了在0.2%的精确度范围内，这个宇宙是平坦的。研究人员在研究中写道，“我们收集的数据表明空间曲率与零一致”。这意味着在统计不确定性范围内我们的宇宙是无限的。

https://www.livescience.com/what-is-shape-of-universe