宇宙是什么形状？人类可能永远不知道答案

想象你驾驶一艘飞船，从地球出发，朝任意方向一直飞。飞出太阳系，越过银河系边缘，穿过本星系群那一片由星系组成的森林，进入遥远宇宙的荒野——经过黑洞、星系，还有数不尽的世界。然后问题来了：这些世界是无限多的吗？你能永远飞下去，还是会撞上某种边界？又或者，绕了一大圈后，你发现回到了起点？

这就是宇宙学里最大的难题，尤其是如果你把"最大"二字当真来理解的话：我们的宇宙，到底是什么尺寸、什么形状？我们手里有一些线索，但它们指向四面八方，所以答案在很大程度上仍然是个谜。

每次和朋友或同事聊起宇宙，我经常要提醒他们：空间是巨大的，甚至可能没有尽头。这很难在脑子里建立直观感受，但宇宙学家和伟大的思想家们已经为此困惑了几百年。要弄清宇宙有多大，最好的办法是先搞清楚它是什么形状。而关于宇宙可能长什么样，人们已经提出了不少设想。

最简单的宇宙形状，基本上就是一张平铺的纸。当然实际情况复杂得多，但这是个有用的比喻——物理学里的大多数东西都可以这么说。我会略过一些技术细节，但关键点是：如果宇宙是平的，你在学校学的几何就全部适用。画一个三角形，内角和是180度，所有线条都是直的。可如果宇宙是弯曲的，事情就开始变得古怪了。你的三角形会是你不认识的那种三角形，只是效应太小，你察觉不到。宇宙可能像马鞍一样弯曲，也可能像个球，无论哪种情况，几何都变成非欧几里得的，因而有点奇怪。

宇宙的大小和形状由两个量决定：引力和暗能量。宇宙中所有物质的引力把它向内拉，暗能量则推动它膨胀。如果这两者完美平衡，宇宙就是平的。如果暗能量占上风，宇宙就是薯片形状的。这两种形态都允许宇宙是有限的或无限的——两种情况下都有模型能成立。

如果引力占上风，宇宙就是球形的，因而有限——这是最简洁的解决方案。然而，根据我们对宇宙各种大尺度观测的结果来看，宇宙似乎很可能是平的。但话说回来，最近的观测显示暗能量可能随时间推移在减弱，这真的凸显了我们对宇宙整体的认识是多么有限。暗物质同样神秘，尽管我们正在绘制越来越精确的暗物质分布图，而它是宇宙引力的关键组成部分。