第1个回答 2022-08-12
1919年，天文学家爱丁顿组织了两个日食观测团队，分别前往非洲的普林西比岛以及南美洲的巴西，他们的目的并不是观赏日食奇观，而是为了验证爱因斯坦在广义相对论中提出的一个理论：具有质量的物体会让空间发生弯曲，并且物体的质量越大，空间就弯曲得越厉害。
太阳是太阳系中质量最大的天体，它无疑就是一个理想的观测对象，根据广义相对论的预言，当远处恒星发出的光线在经过太阳附近时，会发生1.74弧秒的偏转，这是可以观测到的，由于太阳实在是太亮了，所以相关的观测就只有在日食的时候进行。
此次观测结果是，远处恒星发出的光线在经过太阳附近时确实发生了偏转，其中普林西比岛观测到的偏转角为1.61弧秒，巴西观测到的偏转角为1.98弧秒，实际观测值与广义相对论的理论值非常接近。
爱丁顿的观测结果证明了广义相对论是正确的，自此之后，人们知道了原来空间可以弯曲，但问题是，空间到底是怎么弯曲的呢？其实在三维的空间中，我们是无法看到这种弯曲的，换句话来讲就是，只有在更高维的空间中，我们才能看到空间是如何弯曲的。
根据宇宙学原理，宇宙空间在整体上是处处等效的，也就是说，宇宙的质量会使宇宙具备一个整体上的曲率，根据曲率的不同，宇宙的形状也就不同，从理论上来讲，宇宙可能会是以下三种形状。
如上图所示，当宇宙整体的曲率为正时，宇宙的形状就是一个封闭的三维球面，为负则是开放的三维马鞍面，而当宇宙整体的曲率为零时，宇宙的形状就是一个开放的三维平坦空间（注：因为我们无法描述更高维度是啥样，所以上图其实是减少了一个维度）。
由此可知，只要我们知道了宇宙的曲率，就可以知道宇宙在高维空间中到底是什么形状，实际上，关于宇宙的曲率，卫星观测数据已经给出参考答案。我们来看看具体是怎么回事。
在我们的宇宙中，一直存在着两大“势力”的较量，其中是一方是万有引力，它起的效果是让宇宙的曲率为正，另一方则是推动宇宙膨胀的暗能量，它起的效果是让宇宙的曲率为负。
很明显，当万有引力与暗能量“势均力敌”时，宇宙的曲率就为零，而由于万有引力与质量密切相关，因此我们就可以根据宇宙的膨胀率（即哈勃常数）计算出与之平衡的万有引力，再进一步计算出这种情况下的宇宙平均密度，而这个密度就被称为“宇宙临界密度”。
科学家认为，假如实际测量到的宇宙平均密度高于这个“宇宙临界密度”，就说明宇宙的曲率为正，反之则为负，而如果两者相等，宇宙的曲率就为零。那么应该如何测量宇宙的平均密度呢？这就要借助宇宙微波背景辐射了。
宇宙微波背景辐射被称为“宇宙中最古老的光子”，它们产生于宇宙诞生之初，由于光速的限制，直到现在它们仍然在宇宙空间中传播。
由于宇宙中的质量会使空间发生弯曲，因此宇宙微波背景辐射的光子在传播过程就可能会发生一定程度的偏转，当我们观测到它们时，就可能会观测到“引力透镜效应”，通过对“引力透镜化程度”的分析，我们就可以计算出宇宙的实际平均密度。
综上所述，我们只需要知道“宇宙的膨胀率”以及“宇宙微波背景辐射的引力透镜化程度”，就可以计算出“宇宙临界密度”以及“宇宙的实际平均密度”，进而推测出宇宙的曲率，而这两个数据都是可以通过卫星来观测的。
2019年，来自牛津大学、曼彻斯特大学以及萨皮恩扎大学的多位科学家组成的研究团队在《自然》杂志发表论文称，根据大量的卫星观测数据，他们计算出了“宇宙临界密度”为每立方米大约5.7个质子，而“宇宙的实际平均密度”则为每立方米大约6个质子，明显高于“宇宙临界密度”。
也就是说，这项研究表明，宇宙的曲率是为正的，这也就意味着，在高维空间中，我们的宇宙是一个封闭的三维球面。
由于卫星的测量精度有限，测出的“宇宙的膨胀率”以及“宇宙微波背景辐射的引力透镜化程度”这两个数据都可能存在着一定的误差，因此目前我们还只能这是科学家根据卫星观测数据给出的参考答案。
值得一提的是，假如宇宙在高维空间中的形状真的是一个封闭的三维球面，那么宇宙就是“有界无边”，在这种情况下，假如我们在宇宙中沿着同一方向一直前进，那么在足够长的时间之后，我们就会回到最初的起点。