1 宇宙的形狀
宇宙是什么形狀的呢,是象地球一樣的圓形,還是象銀河系一樣的扁平?這同樣是令人費(fèi)解的一個問題.經(jīng)過多年的探索,不久之前一個由多國天文學(xué)家組成的研究小組,首次向人們展示了宇宙形成初期的景象,顯示出當(dāng)時的宇宙只相當(dāng)于現(xiàn)代宇宙的千分之一,而且溫度比較高.通過再現(xiàn)宇宙形成初期的景象,天文學(xué)家證實(shí)了這樣一種觀點(diǎn)：宇宙的形狀是扁平的,而且自形成以來一直在不斷擴(kuò)展.但是這種說法也未必完美.
下面是science上關(guān)于宇宙形狀的近期報道：
時空結(jié)構(gòu)將宇宙微波背景（CMB）和宇宙的重要結(jié)構(gòu)連在了一起.但是究竟時空結(jié)構(gòu)是什么,而CMB的測量又能告訴我們什么呢?
在愛因斯坦的廣義相對論中,空間和時間被連接在一個有彈性的“簇拓?fù)淇臻g”——一個數(shù)學(xué)對象中,這個拓?fù)淇臻g的每個小片粗看象一個四維的橡膠片.光線沿拓?fù)淇臻g的輪廓前進(jìn),這個輪廓被叫做測地線.在一個平坦的平面上,從一個遠(yuǎn)距離對象發(fā)出的平行光將保持和它們接近一個觀測者時同樣遠(yuǎn)近的分隔.但是在一個有正曲率的表面,如一個球,接近的光線將移動更遠(yuǎn)的間隔,使得遠(yuǎn)處的物體看起來比正常物體更大.在一個有負(fù)曲率的表面,如一個馬鞍,平行光束將更緊密的結(jié)合在一起,使得物體看起來更小.
因?yàn)閺澢拇赝負(fù)淇臻g對光的扭曲不同于扁平的簇拓?fù)淇臻g,所以彎曲的簇拓?fù)淇臻g也應(yīng)該產(chǎn)生不同種類的CMB.用微波探測器（叫做BOOMERANG）觀察到的1-degree-wide波正好是理論預(yù)言的扁平宇宙所應(yīng)該有的,對于這個結(jié)論大部分物理學(xué)家至少希望用微波各向異性探針的（MAP'S）圖象證實(shí).一些研究者希望MAP將給出關(guān)于宇宙大小和形狀的更多詳細(xì)而精確的信息.“當(dāng)我們看微波背景的時候,我們基本上留意到了球的表面,” 普林斯頓大學(xué)的一個天體物理學(xué)家和MAP科學(xué)隊的一個成員David Spergel解釋道.如果宇宙是無限的,那么“最后散射的表面”將不能給出關(guān)于它的形狀的線索.但是如果宇宙是有限的,那么時空和安置在時空當(dāng)中的散射表面必需使它們自身向后彎.一個足夠巨大的球?qū)炎约合嘟回灤┲辽傩纬梢粋€圓周,正如一個圍繞著銷子搭接起來的圓盤一樣.
實(shí)際上,Spergel說,因?yàn)楣饽芡ㄟ^不止一個路徑穿過彎曲的時空,所以天文學(xué)家將看到一個交叉點(diǎn)不是一次而是兩次,與一對圓周在天空的不同部分描繪出冷點(diǎn)和熱點(diǎn)的方式相同.在美國的Spergel組和在巴黎天文臺由Jean-Pierre Luminet領(lǐng)導(dǎo)的組正在研制一些運(yùn)算法則以搜索在MAP數(shù)據(jù)中的這種信號.其間,數(shù)學(xué)家Jeff Weeks,一個紐約州的自由記者已經(jīng)寫了一個把一對圓周轉(zhuǎn)化為宇宙模式的計算機(jī)運(yùn)算法則.Weeks說,對形象化最容易的是一個“曲面（toroidal）”宇宙比最后散射的表面小.他指出,在包圍著一個圓環(huán)面的兩維宇宙中,天文學(xué)家看起來將在假想出的空間的盒子的相對的兩個壁上看到同樣的點(diǎn).相似的,在三維曲面（toroidal）宇宙中,天文學(xué)家將在相對的方向看到三對圓周.
toroidality僅僅是對扁平的有限宇宙來說10個不同toroidality之中最簡單的一個.如果宇宙被證實(shí)是彎曲的——這一點(diǎn)在當(dāng)前還不是事實(shí)——那么對Weeks的運(yùn)算法則來說將會有無限多的可能性去嘗試.“我們將開始盡可能快的關(guān)注任何可用的數(shù)據(jù),”Weeks說.如果宇宙合作,他們可以不用等太長時間,Spergel說：“兩年后,我們就能知道我們住在一個有限的宇宙中.”
CMB是從各個方向襲擊地球的持續(xù)的電