我们总是认为我们宇宙是一片虚无,就像一座空旷的仓库等待着被填充,又或者像上演着宇宙大戏的舞台,等待着拉开帷幕。但是,爱因斯坦的广义相对论预言了宇宙并非一片虚无,它是物质和能量的载体,又栩栩如生,而这一预言已经在无数个实验中被证实。
空间能弯曲是因为物质和能量的存在,物质和能量弯曲了在运动中的轨迹。物质和能量可以随着引力波而起伏和进行扩张,在两个物体之间创造出更多的空间。因此这些观点都可以被同一个观点所代替:扭曲的空间或时空,在时空中所谓平坦的地方(比如周围没有物质和能量),物体会沿着相似的轨迹运行也始终处于平行轨道上。在时空中隆起部分(比如恒星或者黑洞的周围)这些轨迹将汇集到一起。而在凹陷的时空中,这些轨迹(甚至是相互对立的轨迹)将会分散开来。
那么宇宙作为一个整体又是怎样的呢?
如果宇宙到处都是隆起的部分,那么整个空间可能是一个形状:一个巨大的,超级土豆。如果你一直朝着一个方向前进,数百亿年后或许你可以回到起点,结束这次旅程。如果宇宙的空间是一马平川,那么它的形状将会变得异常简单:无限沿直线延伸,或者它可能像某些游戏一样首尾相连,永无止境。如果宇宙到处都是内陷的凹洞,那么运动将是不可完成的任务,那么宇宙究竟是什么形状呢?
这里有两种基本方法测量宇宙大尺度弯曲,第一是测量这个宇宙三角形的内角,如果宇宙是平坦的,那么内角和将会是180°,如果宇宙是弯曲的,那么内角和将会根据弯曲的类型多于或者少于180°宇宙学家通过早期宇宙的图片计算出了我们宇宙的三角形的当量,并且得出图片上的点在空间上的联系。
第二个测量方法是去测量首先使空间弯曲的东西:宇宙中能量和物质的密度,这也是宇宙学家已经测量了的,用这两种方法测量得出的结果是:宇宙是非常平坦的误差在0.4%以内。
但是在你失望于我们不住在一个寒冷的巨无霸土豆中之前,让我告诉你一个大问题,事实上,我们所生活的平坦宇宙中存在着一个巨大的,宇宙层面的巧合,如果宇宙的密度或者数量能稍微少那么一点点,那么整个宇宙将会同一个方向弯曲。
反之,如果宇宙质量或能量大一点点将会向另一个方向方向弯曲,但是我们看上去有刚刚好的物质和质量使得宇宙几乎近乎完美,这个完美的物质和质量是在每立方米的空间中平均有5个氢原子,如果取而代之是6个或者4个氢原子,那么整个宇宙将会大幅度的弯曲。并且,我们目前为止都不知道为什么我们的宇宙有这样的密度。
各位小伙伴认为宇宙是什么形状呢?我们有这样的宇宙密度会惶恐不安吗?欢迎留言讨论,发表自己的高见