摘要：就拿地球来说，长久以来，我们始终在探讨它的形状。毋庸置疑，地球是一个悬浮于三维空间的球体。也正是因为知晓了地球的几何模样，我们才得以对它的大小展开精确测量。
在现实世界里，倘若我们想要明晰一个物体的大小，首先得弄清楚它的几何形状。毕竟，连物体长啥样都毫无头绪的话，又何谈研究其大小呢？
就拿地球来说，长久以来，我们始终在探讨它的形状。毋庸置疑，地球是一个悬浮于三维空间的球体。也正是因为知晓了地球的几何模样，我们才得以对它的大小展开精确测量。
那么，将视野拓展到整个宇宙，它究竟有多大呢？要探寻这个问题，思路如出一辙，首先得明确宇宙空间的形状。
这里便引出了一个令人费解的问题。如今，人类的视野已然跨越了太阳系，甚至突破了银河系，得以窥探深邃无垠的宇宙空间。然而，这浩瀚宇宙看起来竟与我们在地球上感知到的空间并无二致，它又怎会有形状可言呢？
这是因为我们身处三维空间之中，难以直观感受其形状，可实际上，空间的形状无时无刻不在左右着万物的运动轨迹。
在爱因斯坦广义相对论原理应用于宇宙学之前，我们一直秉持着牛顿的绝对时空观，认为空间就是平坦无垠的，时间是匀速流淌的，二者共同为万物的运动搭建了一个舞台，彼此互不干扰。
但广义相对论的横空出世，彻底颠覆了这一认知。此后，空间与时间紧密相连，构成了一个不可分割的整体 —— 时空，它们深度参与并影响着万物的运动，而万物的存在反过来又会促使空间形状以及时间流逝速度发生改变。
因而，爱因斯坦向我们揭示：三维空间会因物质的存在而产生一定的曲率，这一曲率不仅决定了空间的形态，还掌控着物质在空间中的运动方式，从本质上来说，这也是对引力现象的一种阐释。
看看地球，它的存在使得周围的空间发生扭曲，产生了相应的曲率，太阳系、银河系亦是如此。我们之所以被牢牢地 “吸附” 在地球表面，地球被 “禁锢” 在太阳轨道，太阳系被 “束缚” 在银河系的一条悬臂之上，归根结底，都是空间曲率在 “作祟”。
既然如此，为何我们察觉不到所谓的空间曲率或者形状呢？正所谓 “不识庐山真面目，只缘身在此山中”，正是由于我们自身就生活在三维空间内部，缺乏从另外一个额外维度去审视它的视角，所以才无法目睹其形状。不过，我们看不到，并不意味着它不存在，这一点务必牢记。
不妨举个例子，身处三维空间时，我们能够站在第三个维度，清晰地洞察二维平面所构建出的任何形状，就如同玩折纸时，我们能从上方俯瞰纸张折叠后的模样。但倘若我们被困在二维平面上，仅能感知到前后与左右两个维度，缺少了垂直方向的那一维，便无法看清二维平面自身呈现出何种形状。
在宇宙学领域，鉴于物理定律在每一个空间位置都等效，也就是说空间的每一处 “角落” 都是平等的，因而整个宇宙不太可能呈现出诸如甜甜圈之类的奇特形状。
目前来看，宇宙可能的形状主要有以下三种：正曲率的三维封闭球面、平坦的三维空间、负曲率的三维马鞍面。
上述三种潜在形状取决于宇宙中的能量密度以及膨胀率（即哈勃常数）。现阶段，通过普朗克卫星的精密测量，我们得知哈勃常数（宇宙膨胀率）为 67.80 ± 0.77 km/s/mpc。依据这一膨胀率，从理论层面上，我们能够推算出一个宇宙临界能量密度，大约为每立方米 5.7 个质子质量。
当宇宙处于这个临界密度时，膨胀率与能量密度近乎平衡，此时宇宙近似于一个平坦的三维空间，不存在可观测到的曲率，并且会持续膨胀，无边无际。
然而，一旦宇宙的真实能量密度高于临界密度，整个宇宙空间就会因引力强于膨胀率，呈现出正曲率的三维封闭球面形态。这样的宇宙体积、表面积有限，但却没有边界。
打个形象的比方，地球表面生活的生物实则是三维的，它们能够前后左右自由移动，也能上下活动，只不过由于引力的牵制，在上下维度移动颇为艰难。从外太空俯瞰地球，地球表面的生物仿佛是二维平面上的存在。
正因为地球是由二维表面围成的三维球体，当年麦哲伦率领船队一路向西航行，最终却从东边回到了出发地。这表明地球表面无界，但其体积与表面积是有限的。同理，生活在三维空间中的生物，只要朝着一个方向持续高速前进，在有生之年，便有可能从另一边绕回原点。这便是一个封闭的、有限却无边界的宇宙模型。
倘若宇宙真实的能量密度小于临界密度，宇宙就会是一个开放的三维马鞍球面，同样也是无限无界的，并且会永不停息地膨胀下去。
接下来，最为关键的便是测量宇宙的真实能量密度。宇宙如此广袤，物质星系数量繁多，再加上神秘莫测、成分不明的暗物质充斥其中，想要直接测量谈何容易，几乎是不可能完成的任务。
不过，我们有一个极为巧妙的办法。我们深知空间曲率能够改变万物运动的路径，光线自然也不例外。通过观测在宇宙中长途跋涉的光线，就能在宇宙的大尺度范围内窥探到宇宙空间的曲率，进而知晓宇宙的形状。
那么，究竟选择哪种光线最为适宜呢？微波背景辐射的光子无疑是最佳 “候选人”，这些光子在宇宙中已经穿梭了 138 亿年之久，宇宙空间的曲率究竟如何，我们只需仔细研究微波辐射的功率谱便能一探究竟。仔细观察下图，并阅读相关文字：
倘若宇宙存在形状，光线便会发生弯曲，微波辐射的热点、冷点大小也会随之改变；反之，若没有曲率，光线则会沿直线传播，不会发生弯曲。这实际上就是在观测整个宇宙的引力透镜效应。上个世纪，我们的测量结果显示，宇宙空间不存在可分辨的曲率，这意味着宇宙是平坦的，能量密度与临界密度近乎一致。参照以往我们判断地球形状的经验，我个人更倾向于相信宇宙是一个封闭的三维球面。
来源：科学小魂灵