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摘要：但如果宇宙的实际密度等于临界密度，正如科学家所认为的那样，那么它将像一张扁平的纸一样永远延伸下去。扁平如（大）煎饼记住，测量宇宙的形状是宇宙学的一个问题，整个宇宙的研究。以及答案，就我们所知，在极小的不确定性范围内，宇宙是平的。这是因为圆柱体是平的。虽然宇宙的几何学测量得很好，但拓扑结构却不是。
保罗萨特是俄亥俄州立大学的天体物理学家和COSI科学中心的首席科学家。萨特现在也是《问一个太空人》、《真空间》和《宇宙科学》的主持人。
剧透警告：宇宙是平的。但在那份看起来无辜的声明中却隐藏着许多微妙之处。3D物体“扁平”是什么意思？我们怎么测量宇宙的形状呢？既然宇宙是平的，那是…是吗？还有什么有趣的话要说吗？”
哦，是的，有。
先走这条线，我们需要定义什么是平面。你正在看的屏幕很明显是平的（我希望如此），你知道地球是弯曲的（我希望如此）。但我们如何从数学上量化它呢？如果我们想测量整个宇宙的形状，这样的练习可能是有用的。[宇宙的历史和结构（信息图表）]
一个答案是平行线。如果你开始在纸上画两条平行线并让它们继续画下去，它们将永远保持完美的平行（或者至少在你用完纸之前）。这基本上就是几千年来平行线的定义，所以我们应该是好的。
让我们在地球表面重复这个练习。从赤道开始画几条平行线，每一条都指向正北。随着线路的继续，它们从不向左或向右转弯，但最终仍在北极相交。地球本身的曲率导致这些最初的平行线最终变得不那么平行。因此，地球是弯曲的。
地球弯曲形状的反面是一个马鞍：在那个表面上，开始平行的线最终彼此分开（在时髦的数学圈中，这被称为“超平行”）。[我在这段视频中探索宇宙的可能形状。]
宇宙的形状取决于它的密度。如果密度大于临界密度，宇宙是封闭的，呈球形曲线；如果密度小于临界密度，则呈鞍形曲线。但如果宇宙的实际密度等于临界密度，正如科学家所认为的那样，那么它将像一张扁平的纸一样永远延伸下去。（NASA/WMAP科学团队）就在这里：你可以通过观察平行线的行为来测量结构的“平坦度”。在我们的三维宇宙中，我们可以观察光束：比如说，如果两个激光开始完全平行，那么它们的长期行为将告诉我们重要的事情。
扁平如（大）煎饼记住，测量宇宙的形状是宇宙学的一个问题，整个宇宙的研究。在宇宙学里，没有人关心你。或者我。或者太阳系。或者黑洞。或星系。在宇宙学中，我们只关心在非常大的尺度上的宇宙；小尺度的起伏对这个问题并不重要。
宇宙在时空中有各种各样的变形，在那里它从完美的平面变化。任何有质量或能量的地方，都有相应的时空弯曲，这就是广义相对论101。因此，一对光束自然会在一个游荡的黑洞中碰撞，或者在遇到一两个星系后沿着奇怪的角度弯曲。
，但将所有这些小尺度效应平均化，然后再看大图。当我们研究已经在宇宙中运行了超过138亿年的非常古老的光——比如宇宙微波背景——时，我们得到了宇宙形状的真实感觉。以及答案，就我们所知，在极小的不确定性范围内，宇宙是平的。
没有勺子好吧，这就解决了这个问题。但这篇文章还没有结束，这意味着还有更多的故事。
你有没有问过自己圆柱体和球体之间有什么区别？不太可能，但尝试新事物永远不会太迟。
拿出你的一张纸，上面有两条平行线。去吧，把它从垃圾桶里挖出来。把一端包起来，使另一端相接，形成一个圆柱体。仔细观察平行线-它们保持平行，不是吗？这是因为圆柱体是平的。
你在这里首先听到的是：圆柱体是平的。
在几何学、平行线的行为和拓扑学之间有一个重要的区别，即空间扭曲的方式。虽然宇宙的几何学测量得很好（同样，它是平的），但拓扑结构却不是。还有一个额外的事实：我们不仅不能从观测中确定宇宙的拓扑结构，而且也没有物理定律可以预测或限制拓扑结构。
用你的二维纸，你可以用几种不同的方式连接两端。正常连接其中一个尺寸，就有一个圆柱体。在连接之前翻转一个边，就可以 ... 一个Mobius条。连接两个维度，从上到下，从一边到另一边，你就有了一个圆环（又称甜甜圈）。
在我们的三维宇宙中，有很多选择——准确地说，有18个已知的选择。Mobius条、Klein瓶和Hantzsche-Wendt空间流形都是一些非平凡的拓扑，它们有共同点：如果你在一个方向上走得足够远，你就会回到你开始的地方。在翻转维度的情况下，当你回到你的起点时，你会发现自己完全没有尝试过这样做。[观察：解释宇宙的形状。]“KdSPE”“KDSPs”，当然，我们已经看了看我们的宇宙是否像这样连接，我们没有看到任何星系的拷贝，我们没有看到宇宙微波背景相交。如果宇宙被美化了，它的尺度远比我们能观察到的要大得多。
所以不要对生活在现实版的“小行星”游戏中的可能性太兴奋了，正如你现在所知道的，是在甜甜圈的表面播放的。
通过听“宇宙的形状是什么”这一集了解更多信息在Ask A Spaceman播客上，可在iTunes和网站://Ask A Spaceman上找到。感谢格雷格S.和迈克尔W.的问题，导致这篇文章！使用AskASpaceman在Twitter上提问，或者关注Paul@PaulMattSutter和 ... /PaulMattSutter。
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