朝太空中發(fā)射一束光,這束光到底會飛到哪里,取決于宇宙的形狀。
宇宙的形狀就是三維空間的形狀。
光是在空間中飛行的,空間的形狀決定了光行走的路線。
就像我們在地球上沿著地表行走一樣,我們能夠走到哪里取決于大地的形狀。
在很久很久以前,那個(gè)時(shí)候還沒有地球的概念,全世界的人都認(rèn)為大地是平的,只要走得足夠遠(yuǎn)就會掉下去。
但是實(shí)際上,我們知道大地是個(gè)球體,它的二維表面是封閉的,所以對于地球來說沒所謂的地面最深處。
站在球面的任何一點(diǎn)都可以稱為
地球是個(gè)球形,由航海家麥哲倫首先證實(shí)的,他繞著地球航行了一圈,回到了起點(diǎn)。
現(xiàn)在的太空技術(shù)可以飛到足夠高的地方,回望我們腳下的大地就發(fā)現(xiàn)地球是個(gè)球形。
宇宙空間實(shí)在太大,我們不可能飛到宇宙外面去回望宇宙的形狀。我們怎么知道宇宙空間是什么形狀呢?
可以有一個(gè)辦法,測量宇宙空間的曲率。
如果一個(gè)三角形的內(nèi)角和是180度,那么這個(gè)空間的曲率就是0。如果一個(gè)三角形的內(nèi)角和大于180度,那么空間的曲率就大于0。如果一個(gè)三角形的內(nèi)角和小于180度,那么空間的曲率就小于0。
空間曲率為0的時(shí)候,宇宙是平直的??臻g曲率為正的時(shí)候,宇宙是彎曲封閉的。
同樣我們在地球表面找一個(gè)三角形測量它的內(nèi)角和,就會發(fā)現(xiàn)它的內(nèi)角和是大于180度的,所以地球表面是一個(gè)封閉球面的。
如果宇宙空間的曲率小于0,那么宇宙就是一個(gè)馬鞍型的。
按照現(xiàn)在最新的科學(xué)數(shù)據(jù),宇宙空間的曲率可能比零大一點(diǎn)點(diǎn),已經(jīng)排除是一個(gè)馬鞍型,所以它的形狀就只能在平的無限大和封閉有限大之間選擇。
2009年,歐洲航天局用阿利安那5火箭發(fā)射了普朗克衛(wèi)星,就是用來探測宇宙的形狀。
普朗克衛(wèi)星又稱普朗克天文臺,上面搭載有兩臺微波探測儀,用來觀察宇宙微波背景輻射~CBM。
CMB是大爆炸遺留下來的少量光,散布在整個(gè)宇宙中,也可以看成宇宙大爆炸火焰熄滅留下的余溫。
通過研究普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù),研究人員了解到 CMB 的溫度非常均勻。在某些地方,溫度會略有變化,但大尺度上采用平均值,可以把這種差異抵消。
CMB沒有變化,保持一致,就證明宇宙是平坦的。
然而,宇宙學(xué)家最近在 CMB 中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)異?,F(xiàn)象。
這個(gè)異?,F(xiàn)象就是宇宙微波背景輻射和引力透鏡現(xiàn)象相結(jié)合以后,會把這種差異放大。
我們用一根直尺去量一個(gè)長度,如果兩段線的長度在直尺上是一致的,改用游標(biāo)卡尺去量或者千分尺去量,會出現(xiàn)差異。
我們觀測宇宙空間的時(shí)候,人類的天文望遠(yuǎn)鏡的口徑跟宇宙空間的尺度相比實(shí)在是太小了,所以有些情況下這種差異表現(xiàn)不出來,但是宇宙中存在一種天然的透鏡,這個(gè)透鏡就是引力透鏡。
根據(jù)廣義相對論,光線在引力場附近會彎曲,我們知道透鏡也是讓光線彎曲,所以引力也可以讓光線聚焦的。
因此引力效應(yīng)也可以讓光線聚焦放大,這個(gè)被放大的物體如果用望遠(yuǎn)鏡直接觀察,它會呈現(xiàn)出一個(gè)環(huán)形,這就是所謂的愛因斯坦環(huán)。
相當(dāng)于一個(gè)引力場是一個(gè)超級大的放大鏡一樣。
那么我們用這個(gè)放大鏡來看宇宙微波背景輻射,就會發(fā)現(xiàn)原來我們認(rèn)為它沒有差異,實(shí)際上它還是有差異的。
科學(xué)家目前觀測到的情況,如果宇宙微波背景輻射和引力透鏡效應(yīng)相結(jié)合,會發(fā)現(xiàn)宇宙有一個(gè)非常小的彎曲。
這個(gè)彎曲在各方向高度一致,這表明宇宙是一個(gè)球形。
宇宙可能是球形的,就意味著宇宙是封閉的,同時(shí)也意味著我們朝某個(gè)方向走
如果宇宙確實(shí)是封閉的,會對我們對宇宙的理解構(gòu)成重大問題。
另一個(gè)宇宙學(xué)難題是:宇宙的膨脹速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光速。
把以上這些事實(shí)聯(lián)系起來,我們可以得到這樣一個(gè)結(jié)論:宇宙是一個(gè)四維的超球體,我們看到的、我們生活著的宇宙是這個(gè)四維超球體的三維表面。
這個(gè)三維表面的內(nèi)部是一種暗能量,就是這個(gè)暗能量產(chǎn)生的壓力,讓宇宙在高速膨脹。
在這種情況下,我們朝宇宙空間發(fā)射一道手電光,這個(gè)手電光會沿著宇宙的三維弧度運(yùn)行,但是永遠(yuǎn)也不會回到起點(diǎn),并且一直在宇宙空間中運(yùn)行,因?yàn)楣庾凡簧嫌钪媾蛎浀乃俣取?/p>
宇宙是封閉超球體,這個(gè)觀點(diǎn)并不是100%正確,但是是99.9%的正確。
不過,即使宇宙是封閉的,它也可以有其他的形狀,這個(gè)形狀是一種輪回的形狀。
這是一位和霍金齊名的科學(xué)家~彭羅斯提出來的,被稱為共型輪回宇宙學(xué)說。
共型輪回宇宙學(xué)說認(rèn)為,宇宙在一個(gè)特殊的幾何形狀上演化,每一個(gè)宇宙的起點(diǎn)是另外一個(gè)宇宙的終點(diǎn)。
光可以在輪回宇宙之間相互穿越,這種穿越會在宇宙微波背景輻射上留下一個(gè)同心圓的痕跡。
如果宇宙是這種輪回的形狀,那么我們朝宇宙空間發(fā)射一束手電光的話,它會穿越宇宙到達(dá)另外一個(gè)宇宙。