我們腳下這片宇宙，到底是個圓滾滾的球，還是無限延伸的平面？甚至可能是個像馬鞍一樣的奇怪形狀？這個抽象的問題藏著宇宙從誕生到終結(jié)的全部線索。今天咱們就用最實(shí)在的話，聊聊宇宙的身材密碼。
宇宙的形狀，其實(shí)由一種叫空間曲率的東西決定。簡單說，就是空間本身會不會拐彎?？茖W(xué)家用一個叫Ω的數(shù)值來衡量，它是宇宙里物質(zhì)和能量的總密度，跟一個臨界密度的比值。這個數(shù)值就像宇宙的身材指標(biāo)，決定了它的幾何模樣。

如果Ω大于1，宇宙就是正曲率的。想象一下把三維空間捏成一個巨大的球體，平行的光線往前跑著跑著會慢慢聚到一起，畫個三角形內(nèi)角加起來會超過180度。這種宇宙是有限無邊的，就像地球表面，你一直走不會碰到墻，但最終可能繞回起點(diǎn)。這時候的物質(zhì)密度比臨界值高，大概每立方米多于6個質(zhì)子，引力的拉扯會讓宇宙的膨脹慢慢減速。
要是Ω剛好等于1，宇宙就是零曲率的，也就是我們熟悉的平坦宇宙。這時候空間符合咱們學(xué)過的歐幾里得幾何，平行線永遠(yuǎn)不相交，三角形內(nèi)角和不多不少正好180度?，F(xiàn)在觀測到的宇宙微波背景輻射，那些宇宙誕生時留下的余溫，它的溫度變化尺度剛好符合平坦模型的預(yù)測，誤差還不到0.2%。這種宇宙可能無限大，也可能是像三維環(huán)面那樣的有限結(jié)構(gòu)，只是我們還沒找到邊界。

還有一種情況是Ω小于1，這時候宇宙是負(fù)曲率的，形狀有點(diǎn)像馬鞍。平行光線會越跑越遠(yuǎn)，三角形內(nèi)角和小于180度。這種宇宙里物質(zhì)密度不夠，引力拉不住膨脹，最終會無限加速變大，慢慢變成冰冷的虛空。
科學(xué)家怎么測量這看不見的曲率呢？宇宙微波背景輻射是個重要線索，它就像宇宙的嬰兒照片，里面的溫度小波動藏著空間彎曲的痕跡。平坦宇宙里這些波動的尺度和理論算的一樣，要是宇宙是封閉的球體，這些尺度會被放大，開放的馬鞍形則會讓它們縮小。普朗克衛(wèi)星拍了多年的數(shù)據(jù)，多數(shù)結(jié)果都支持平坦宇宙，但也有研究說密度可能比臨界值高5%，暗示宇宙可能是個封閉的球，這事兒到現(xiàn)在還在爭論。

關(guān)于星系的分布，科學(xué)家觀測星系團(tuán)之間的距離，發(fā)現(xiàn)它們的排列規(guī)律剛好符合平坦宇宙的預(yù)測。還有光線經(jīng)過大質(zhì)量天體時的彎曲程度，也就是引力透鏡效應(yīng)，觀測到的結(jié)果也更偏向平坦模型。
并且，宇宙的形狀直接決定了它的終極命運(yùn)。正曲率的宇宙，膨脹到一定程度會被引力拉回來，最終可能大擠壓成一個點(diǎn)。平坦宇宙會一直膨脹，但速度慢慢變緩，最后所有恒星熄滅，歸于熱寂。負(fù)曲率的宇宙則會加速膨脹，星系越離越遠(yuǎn)，直到連光都無法相遇，變成永恒的黑暗。

現(xiàn)在我們知道，宇宙在40億年前就開始加速膨脹了，這背后是占宇宙68%的暗能量在推波助瀾。暴脹理論解釋了為什么現(xiàn)在的宇宙這么平坦，早期宇宙經(jīng)歷過一段極速膨脹，把一個皺巴巴的氣球吹得無比巨大，表面的彎曲自然就看不出來了。但暗能量的脾氣還沒摸清，如果它的性質(zhì)隨時間變化，說不定平坦的宇宙未來也會偏向開放。
目前科學(xué)界的共識是，宇宙高度接近平坦，曲率小到幾乎可以忽略，而且很可能無限延伸。但還有很多謎團(tuán)沒解開：如果是平坦的，它到底是有限的還是無限的？暗能量會不會突然變臉改變宇宙的命運(yùn)？未來更高精度的觀測，比如CMB-S4項(xiàng)目，還有引力波探測，可能會幫我們找到更精確的答案。