宇宙是什麼形狀的呢?無數科學家都曾對其有過諸多猜想,這個疑問也始終沒有確切的答案。經過多年的觀測和推演,這些猜想逐漸收斂到一個主流的觀點上——宇宙是無邊無際的平坦三維空間。
近日,英國曼徹斯特大學研究人員埃萊奧諾拉 瓦倫蒂諾等人通過對普朗克衛星的觀測數據分析指出,宇宙可能不是像床單一樣平坦,而是一個封閉的三維球面,就像個巨大的氣球一樣彎曲。該研究日前發表在《自然 天文學》雜誌上。
以牛頓引力為基礎的牛頓宇宙觀認為,宇宙是無限無邊的三維歐氏幾何空間,即宇宙分布在我們常說的立體幾何空間裡,這一空間是無限的,其中均勻地分布著無限多的天體。然而,這一假設與引力理論並非完全契合,而是存在某些矛盾。
後來,當人們認識到彎曲空間的概念以後,便有了宇宙是三維球面的可能性。愛因斯坦構造了一個有限無邊的宇宙靜態模型,他認為宇宙可能是一個有限封閉的三維球面。
根據廣義相對論,物質的存在使得時空彎曲。在巨大質量的天體附近,光線不「走」直線,而是「走」曲線。後來,隨著對宇宙的認知進一步加深,人們發現,實際上宇宙的真實形狀存在著多種可能性。
最常見的有三種可能,即平直的三維歐氏幾何空間、彎曲的封閉三維球面和彎曲的三維雙曲面。
這三種可能的宇宙形狀中,只有封閉三維球面是有限的空間。三維雙曲面就像馬鞍的形狀一樣,馬鞍的雙側下沿無限延伸。而平坦的三維歐氏空間就更無邊無際了。
2018年,歐洲航天局(ESA)普朗克巡天計劃公布了更為精確的觀測數據。「儘可能地剔除了相關實驗誤差之後,歐洲航天局的數據顯示,宇宙曲率可能傾向於正,即宇宙形狀為封閉球面,雖然這一『傾向』並不十分明顯。
此次研究中,瓦倫蒂諾等人通過普朗克衛星觀測得到宇宙微波背景輻射「引力透鏡化」程度的數據基礎,又分析了大量數據,採用不同的模型對這些數據進行擬合,相關計算得出宇宙是封閉球面的概率約為99%。