宇宙是什么形狀？人類可能永遠不知道答案

想象你駕駛一艘飛船，從地球出發，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，進入遙遠宇宙的荒野——經過黑洞、星系，還有數不盡的世界。然后問題來了：這些世界是無限多的嗎？你能永遠飛下去，還是會撞上某種邊界？又或者，繞了一大圈后，你發現回到了起點？

這就是宇宙學里最大的難題，尤其是如果你把"最大"二字當真來理解的話：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謎。

每次和朋友或同事聊起宇宙，我經常要提醒他們：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，但宇宙學家和偉大的思想家們已經為此困惑了幾百年。要弄清宇宙有多大，最好的辦法是先搞清楚它是什么形狀。而關于宇宙可能長什么樣，人們已經提出了不少設想。

最簡單的宇宙形狀，基本上就是一張平鋪的紙。當然實際情況復雜得多，但這是個有用的比喻——物理學里的大多數東西都可以這么說。我會略過一些技術細節，但關鍵點是：如果宇宙是平的，你在學校學的幾何就全部適用。畫一個三角形，內角和是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。你的三角形會是你不認識的那種三角形，只是效應太小，你察覺不到。宇宙可能像馬鞍一樣彎曲，也可能像個球，無論哪種情況，幾何都變成非歐幾里得的，因而有點奇怪。

宇宙的大小和形狀由兩個量決定：引力和暗能量。宇宙中所有物質的引力把它向內拉，暗能量則推動它膨脹。如果這兩者完美平衡，宇宙就是平的。如果暗能量占上風，宇宙就是薯片形狀的。這兩種形態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，宇宙就是球形的，因而有限——這是最簡潔的解決方案。然而，根據我們對宇宙各種大尺度觀測的結果來看，宇宙似乎很可能是平的。但話說回來，最近的觀測顯示暗能量可能隨時間推移在減弱，這真的凸顯了我們對宇宙整體的認識是多么有限。暗物質同樣神秘，盡管我們正在繪制越來越精確的暗物質分布圖，而它是宇宙引力的關鍵組成部分。