可观测宇宙是一个概念产物,它只是宇宙的一部分,且宇宙中并没有真的存在这样一个划定的范围。既然真实的宇宙不是一个球,那它到底长什么样子呢?
要探讨这个问题,我们需要先引入一个概念——曲率。
曲率
曲率是一个量,是用来描述几何体弯曲程度的。
你可以从两个方向理解它,曲率表达的是:曲线偏离直线的程度或是曲面偏离平面的程度。
同时,曲率在不同的几何学模型中也有截然不同的定义。
欧式几何空间
将几何体嵌入欧氏几何空间中,则是外在曲率。而将几何体直接定义在黎曼流形上,则是内蕴曲率。
黎曼流形
为什么我们要知道曲率是什么,因为曲率的不同则让宇宙存在三种可能的形态。
平直的三维欧氏几何空间、弯曲的封闭三维球面、弯曲的三维双曲面。
宇宙的形态
在牛顿构建的,以牛顿引力为基础的宇宙观中,宇宙应当是一个无限大且没有边界的平坦空间。
爱因斯坦在提出广义相对论之后,人们意识到有质量的物体将扭曲它周围的时空,导致光线在经过这些物体时,从”直线“变成了”曲线“,于是爱因斯坦认为,宇宙是一个三维球面,但是它是有限的。
三维欧氏几何空间的曲率是0,三维球面的曲率为正。那有正就有负,当曲率为负时,宇宙或许就变成了弯曲的三维双曲面。三维双曲面可以向下无限延伸,它也不是有限的。
猜想是有了,那么我们该如何验证?
方法很简单,只有两种。要么我们用几何的方法测量整个宇宙,如果我们能在宇宙中构建一个三角形,并测出三角形内角的和,就能知道宇宙的曲率究竟是0、正数还是负数。
这看起来有些难以实现,科学家还有第二种方法,测量宇宙的总密度和临界密度。
假设宇宙总密度与临界密度相等,那么宇宙的形态为三维欧氏几何空间;若总密度大于临界密度,则为封闭三维球面;总密度小于临界密度则是弯曲的三维双曲面。
说在最后
根据2018年欧洲航天局的观测数据,科学家认为宇宙的曲率可能倾向于一个正数,但是这种倾向并没有十分明显。
曲率为正,那么宇宙的形状是一个封闭的三维曲面。但是,对于浩瀚的宇宙来说,这次观测还不足够,研究人员也表示”我们还需要进一步的探索。“
看来宇宙究竟长啥样这个问题,又成了一个要等着时间与科技发展才能解答的问题了,那么你认为宇宙更可能是什么形状的呢?返回搜狐,查看更多