人類花了很長的時間才搞清楚地球是圓的這件事。 然而這並不奇怪, 因為人類實在太渺小, 在地球上來回走動的我們很難察覺到地球的曲率。
當涉及到宇宙的形狀時, 我們很容易犯類似的錯誤。 對我們來說, 它似乎就是無限、且無彎曲的。 但這未必是唯一的可能性。
根據愛因斯坦的廣義相對論, 我們知道大品質的天體能彎曲周圍的時空。
第一種可能性是宇宙中的物質密度(單位體積內物質的平均數量)是非常高, 使得宇宙繞著這些物質彎曲, 形成一個類似三維球體形狀的空間。 我們很難去直觀的想像這樣一個3D球體空間, 但能較容易的在數學上對其進行描述, 並具有正的曲率值。 如果宇宙的曲率為正, 那麼它就是有限的, 像一個球體的表面一樣。 更重要的是, 除非宇宙中真的存有大量被稱為暗能量的神秘物質, 否則所有品質所能產生的引力將最終阻止宇宙繼續膨脹、導致其不斷地收縮。 最終,
那麼如何判斷宇宙的曲率呢?我們可以通過——繪製三角形——來驗證一個給定的空間是否是正面彎曲的。 我們知道, 如果要在球面上的兩個點之間沿最短路線行進, 那麼應該沿著這兩點和球心所組成的大圓運動。 如果繪製的三角形的邊長是由大圓片段組成的, 那麼有別於二維平面空間的是, 它的內角之和會超過180度。
另一種可能性是物質的密度太低, 導致宇宙的曲率是負值。 在這種情況下, 宇宙像是一個三維的馬鞍。 這樣的情況下, 三角形的內角和加起來會小於180度,
最後第三種可能, 就是宇宙的曲率為零——三角形的內角和恰好為180度, 宇宙趨近於無窮大。 如果是這種情況的話, 那麼物質或許可以一定程度上減緩宇宙的膨脹速率, 但永遠不可能將其降至為零。 因此, 宇宙也同樣會終結於大凍結中。
用肉眼觀望我們的天空並不能告訴我們宇宙的形狀究竟是這三種可能性中的哪一種。 幸運的是, 宇宙本身提供了一個很好的方法來測量空間曲率:宇宙微波背景輻射的擾動——不同的空間曲率對它造成不同程度的影響。 換句話說,空間的幾何特徵會反映在宇宙微波背景輻射上。
通過對微波背景輻射的測量,我們可以得出一個結論:宇宙是平坦的。普朗克衛星與SDSS的最新聯合資料告訴我們,如果宇宙是彎曲的——不管是正曲率或負曲率——它也是在比可觀測宇宙大400倍的範圍之外。我們能觀測的範圍大約是920億光年。
因此,就目前的觀測而言,大凍結或許就是宇宙的終極命運吧。
換句話說,空間的幾何特徵會反映在宇宙微波背景輻射上。通過對微波背景輻射的測量,我們可以得出一個結論:宇宙是平坦的。普朗克衛星與SDSS的最新聯合資料告訴我們,如果宇宙是彎曲的——不管是正曲率或負曲率——它也是在比可觀測宇宙大400倍的範圍之外。我們能觀測的範圍大約是920億光年。
因此,就目前的觀測而言,大凍結或許就是宇宙的終極命運吧。