宇宙是無限大的嗎？它有形狀嗎？
哥白尼工作的圖表，展示了我們太陽系中的行星如何與太陽運動。
幾個世紀前，人類抬頭仰望夜空，想像著一個黑色的地球包圍了地球。他們認為這些恆星只是光的精確點。大太陽, 月亮其他行星以一個規則的、完美的模式圍繞著地球。在他們的心目中，宇宙是小的，以地球為中心，並組織成完美的球體。
像哥白尼和伽利略這樣的科學學者發現了這種哲學的缺陷。伽利略發現後一個多世紀，世界才承認地球不是宇宙的中心。隨著時間的推移，我們開始對宇宙有更多的了解。今天，我們通過先進的方法來研究宇宙。望遠鏡, 衛星還有探測器。
現在我們有了星系離地球數百萬光年。科學家們定期研究遙遠的恆星。他們甚至在太陽系遠遠超出了我們自己。
但總體情況如何？我們對整個宇宙了解多少？它在擴張嗎？是無限的嗎？如果它不是無限的，那麼在空間的邊界之外還有什麼呢？太空到底是什麼樣子？
這些問題屬於宇宙學宇宙的研究。人們嘗試過許多不同的方法來研究宇宙。有些集中在數學上。其他人則更喜歡使用物理學。很多人採取了哲學的方法。
宇宙學家對於空間的樣子沒有共識，但是有很多理論。描述空間的挑戰之一是很難想像。我們已經習慣於在二維上思考位置。例如，您可以使用經度和緯度確定地圖上的位置。但空間有四個維度。您不僅必須在長度和寬度的維度上增加深度，還必須添加時間。事實上，許多宇宙學家將這些維度的集合稱為時空.
大爆炸、重力與廣義相對論
通過哈勃望遠鏡看到的螺旋星系M 100。
有三種理論有助於理解宇宙的形狀，這三種理論是大爆炸，重力理論和愛因斯坦廣義相對論。宇宙學家在形成關於空間形狀的假設時，會考慮所有這些理論。但這些理論究竟是要解釋什麼呢？
大爆炸理論是描述宇宙起源的一種嘗試。通過觀察和分析，天文學家確定宇宙正在膨脹。他們還檢測和研究了光它起源於數十億年前，當時宇宙還很年輕。他們認為，曾經，宇宙中的所有物質和能量都包含在一個極其微小的點上。然後宇宙突然膨脹。物質和能量以百萬計的速度向外爆炸光年每一秒。據我們所知，這些都成了宇宙的基石。
引力理論認為，每一個物質的粒子都對其他的物質粒子有吸引力。具體來說，粒子會以與質量成正比的力相互吸引，而與它們之間距離的平方成反比。方程如下：
F=GMM/r2.
F是引力的力。M和m代表這兩個物體的質量。r2這兩個對象之間的距離平方。G是什麼？是因為引力常數。它代表了任意兩個物體之間的恆定比例性，不管它們的質量如何。引力常數為6.672×10。-11nm2公斤-2[資料來源：物理學世界]。這是一個很小的數字，這也解釋了為什麼物體不總是相互依附在一起。大質量的物體對其他物體的引力效應是可以忽略不計的。
如果大爆炸理論是正確的，那麼當宇宙開始的時候，一定有一個巨大的能量爆發來推動物質如此之快。它必須克服宇宙中所有物質之間的引力。宇宙學家現在想要確定的是宇宙中物質的實際含量。有了足夠的物質，引力將逐漸減緩，然後逆轉宇宙的膨脹。最終，宇宙會收縮成另一個奇點。這叫做大緊縮。但是如果沒有足夠的物質，引力就不足以阻止宇宙的膨脹，它會無限增長。
相對論呢？除了解釋能量和物質之間的關係外，它還得出了空間是曲。空間中的物體在橢圓軌道上運動不是因為重力，而是因為空間本身是彎曲的，因此直線實際上是一個環。在幾何學中，曲面上的直線是測地線.
上述三種理論構成了關於空間形態的各種理論的基礎。但是，對於哪種形式是正確的，並沒有真正的共識。
空間的形狀
這個例子中，你可以看到三個不同的曲率模型空間可能有-沒有曲率，正曲率和負曲率。
宇宙的三個主要模型是基於曲率的：零曲率, 正曲率和負曲率.
零曲率意味著宇宙是平的或歐氏宇宙(歐幾里德幾何處理非曲面)。把空間想像成一個二維結構-歐幾里得宇宙看起來就像一個平面。平行線只有在平面上才有可能。在一個扁平的宇宙中，有足夠的物質使宇宙無限期地膨脹而不會倒轉成崩潰，儘管膨脹的速度會隨著時間的推移而減小。
如果宇宙有一個正曲率，那就是封閉宇宙。這樣一個宇宙的二維模型看起來就像一個球體。不可能有平行的大地測量(曲面上的直線)-這兩條線在某個時候會交叉。在封閉的宇宙中，有足夠的物質來逆轉膨脹。最終，這樣的宇宙會自行崩潰。封閉的宇宙是有限的宇宙-它只會在崩潰之前膨脹到一定的大小。
負曲率更難想像。最常見的描述是馬鞍。在負曲率模型中，平面上平行的兩條線將彼此分開。宇宙學家稱宇宙的負曲率模型為負曲率模型。開放宇宙。在這些宇宙中，沒有足夠的物質來逆轉或減緩膨脹，因此宇宙繼續無限期地膨脹。
這是否意味著空間形狀像平面、球體或馬鞍？不一定。請記住，時空是用四維來測量的，這降低了二維例子的有用性.關於宇宙的終極形態，有許多相互競爭的理論。
一個可能的形狀是三環面。乍一看，三重環面似乎是一個普通的立方體。但是立方體的每個面都是粘對著對面的臉。想像一下，你在宇宙飛船里飛行，在一個大立方體內飛行。你朝立方體的頂端走去。一旦你聯繫上，你就不會把自己壓扁。相反，你會出現在立方體底部的相應位置。換句話說，你已經從頂部爬了回來，從底部回來了。如果你往任何方向走得夠遠，你最終會回到你開始的地方。這不是什麼外來者的概念，因為地球如果你直線旅行，你最終會回到你的起點。你會很累的。
另一個形狀是Poincaré十二面體球形。十二面體是一個12面物體.Poincaré變體的表面稍微向外彎曲。令人費解的是，這個宇宙的投影尺寸比我們實際能觀察到的區域要小。換句話說，我們的能見度超過了宇宙的界限。沒問題，宇宙學家說。當你看著遠方銀河這似乎超出了空間的界限，你實際上正在經歷上述的環繞效應。這個星系其實就在你身後，但你正透過十二面體的一張臉，彷彿它是一扇窗戶。如果你能看得夠遠，你就會看到自己的後腦勺。
頭暈了嗎？宇宙還有許多其他的理論形態，但大多數都不符合我們目前所掌握的證據。那是什麼證據，
如何測量空間
可見的或重子物質
光學望遠鏡讓我們檢查可見光譜中的物體，但它們是相對較弱的工具。這是因為來自遙遠星系的光線可以在到達地球之前攔截粒子云和其他物體。其他設備可以測量波長，這些波長遠遠超出了可見光的範圍。最近的許多宇宙學研究集中在宇宙微波背景 (中巴)。CMB是宇宙在只有38萬年曆史時產生的輻射[來源：反光鏡]。通過研究這種輻射，宇宙學家可以得出宇宙在開始後不久的樣子的結論。
使用威爾金森微波各向異性探頭 (WMAP科學家們對中巴做了一個有趣的發現。他們發現，中巴輻射波長的變化在某一點停止。在一個無限、無界的宇宙中，波長的大小是沒有限制的。我們期望看到各種大小的變化和頻率。只有在有限的宇宙或非常特殊的無限宇宙中，我們才能看到波長的確定上限。
至於膨脹，宇宙學家稱宇宙中物質數量的比率和停止膨脹所需的量為密度參數。大於1的密度參數意味著一個封閉的宇宙-宇宙中有更多的質量需要反向膨脹。密度參數為1意味著一個平面宇宙，在這個宇宙中膨脹會減緩，但永遠不會停止。密度參數介於0到1之間，意味著一個開放的宇宙，它將永遠膨脹。
但我們不知道宇宙中到底有多少物質。我們所能檢測到的數量相對較小但似乎有些事情我們根本看不見。宇宙學家已經注意到恆星以一種奇怪的方式移動-它們的行為就好像有更多的物質對它們產生了比我們所能探測到的更大的引力影響。一些宇宙學家認為，這意味著有一種我們根本看不見的物質，叫做暗物質.
暗物質
但是，是否有足夠的暗物質來引起巨大的危機呢？也就是說，宇宙中是否有足夠的物質來構成平衡，並將比例推高至1或更高？雖然宇宙學家認為宇宙中的暗物質比可觀測的物質多得多，但他們估計，可見物質和暗物質的結合仍然只有逆轉膨脹所需量的30%左右[來源：弦理論網站].
雖然我們現在還不知道空間的確切形狀，但是研究每天都在給我們帶來新的信息。如果空間有邊界，那麼它們之外還有什麼呢？我們不知道，也可能不知道。
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