宇宙是彎曲的還是平坦的？

2020-09-10 心笑了

宇宙到底是扁平的還是彎曲的，這是宇宙學家最關心的問題之一。這個問題的答案有著極為深遠的影響，甚至預示著宇宙最終的命運。基於愛因斯坦的廣義相對論的宇宙觀指出，宇宙中所有的天體、氣體和塵埃共同影響著整個宇宙的形狀，而宇宙的形狀又反過來決定著所有天體的運動模式。如果宇宙是扁平的，它將會不可逆轉地、永遠地膨脹下去；而假如宇宙是彎曲的、「封閉式」的，它在膨脹到極限的時候，就會發生&34;(BigCrunch)，也就是類似於大爆炸的逆轉過程，最終回到最初的「奇點」。

宇宙學家對宇宙的極限曲率十分感興趣：看似沿著平行線前進的光在最大尺度的曲面上會展現怎樣的行為？例如，地球的表面是彎曲的，所以平行線在地球上並不總是平行的，所有的經線在南北兩極交匯；曲面三角形也與平面三角形不同，如果用三條直線把地球上的任意三個城市連接起來，就會發現曲面三角形的內角之和並不是180度。

為了弄清楚宇宙尺度的時間和空間是平面的還是彎曲的，天文學家需要觀測來自極為遙遠的光，研究這些光前進的路線是直的還是彎的。其中一種光攜帶了宇宙誕生之初的信息，堪稱「宇宙最古老的光"，被稱為宇宙微波背景(簡稱CMB)。這些光來自大爆炸之後不久，那時宇宙還是個38萬歲的小寶寶。宇宙經歷了138億年仍然保持著年輕與活力，大爆炸遺留下來的宇宙微波背景雖然很微弱，但是仍然在宇宙各處穿梭。

幾十年來，天文學家主要支持大爆炸理論和「平坦宇宙」模型，把宇宙看作一個平面。然而，2018年普朗克衛星發布的一組數據引發了科學家們的爭論。

普朗克衛星是美國宇航局(NASA)和歐洲航天局(ESA)的聯合項目，旨在以前所未有的高解析度測量地球附近的宇宙微波背景輻射的分布和流向。2018年普朗克衛星發布的數據以及普朗克項目組的研究報告都支持」平坦宇宙」模型，表明宇宙完全沒有曲率，我們生活在一個平坦的宇宙中。不過，項目組還表示，有一些意外因素「汙染」了數據，使宇宙看起來似乎是彎曲的，這曾經一度影響了科學家的判斷。

然而另一批科學家對普朗克衛星發布的數據有自己的見解，他們認為或許這些數據並沒有受到「汙染」，數據反映的信息表明，宇宙確實是彎曲的。他們將論文發表在了2019年11月的頂級學術期刊《自然 天文學》上。

結語

宇宙到底是平坦的還是彎曲的，科學家還在爭論。

參考資料：

Di Valentino, E., Melchiorri, A. & Silk, J. Planck evidence for a closed Universe and a possible crisis for cosmology. Nat Astron (2019)

相關焦點

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  • 光線會因空間繞道而行，空間彎曲究竟有什麼樣的魔力
    宇宙中常常見到的種彎曲空間叫作黎曼空間。我們之所以感受不到空間彎曲是因為，在地球上空間彎曲是可以忽略不得。但是我們可以設想一下，假如空間彎曲成一個密封的球體，我們從中不停地向前走，一定會走回到我們最開始的位置。這種情景就像是地球圍繞著太陽運轉一樣，所以說彎曲空間是存在的。
  • 宇宙到底是有限的還是無限的?如果是有限的它的邊在哪裡?
    根據目前的科學研究宇宙是有限的，也就是說宇宙有大小，並不是無限大。但無論如何你找不到宇宙的「邊」，因為有限的宇宙沒有「邊」，這就是所謂的「有限無邊」！ 第一，根據宇宙大爆炸理論，宇宙誕生於「奇點」的急劇膨脹（宇宙大爆炸），膨脹速度遠超光速，即使到了今天，宇宙仍然在超光速膨脹！ 但不管膨脹速度有多快，它都是有限大的。而且科學家們根據宇宙膨脹速度計算得出可觀測宇宙直徑大約920億光年，為什麼說是「可觀測宇宙」？
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    宇宙的形狀其實主要是受限於自己所誕生過程中的條件約束，宇宙的每一部分還有每一次的變遷，以及內部相互的作用互動等等才最終讓我們看到了現在的宇宙形態，那麼具體要怎麼看宇宙的形狀呢，讓我們先來拿掉一個維度，就像是宇宙存在於一個二維的表面，會是一個什麼具體的形態，一般來說二維最形象的就是平面紙張這樣的，將這張紙捲起來就成為了一個圓柱體，然後我們從一側離開從另一側進入不過這仍然是一個平坦的表面。
  • 暴漲的宇宙速度膨脹再快也有邊!那麼為何說平坦宇宙是無限大?
    根據暴漲模型來看，宇宙是一個有限大小卻沒有邊界的空間！但根據當前觀測所建立的模型來看，宇宙卻趨向於無限大！兩者為何會有截然不同的結果？當前流行的宇宙起源是誕生於138.2億年前的一個奇點的暴漲，即使經過了暴漲時代，進入了膨脹時代，現在又到了加速膨脹的時代，無論這速度有多快，但只要有膨脹速度，宇宙有限的大小似乎是註定的！而我們根據可觀測天體，加以宇宙膨脹的速度，計算出宇宙是一個大致直徑達到930億光年的空間！
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