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听过三维「环状宇宙」吗？它是怎么工作的
在物理宇宙学中，宇宙的形状不仅与其局部几何有关，还与其全球几何有关。局部几何主要由曲率定义，而全球几何则以拓扑特征为主。根据广义相对论，空间曲率受重力的约束，这使得宇宙的整体结构充满了许多未解之谜。在观测数据如WMAP、BOOMERanG、和Planck的支持下，当前的证据显示可观测宇宙是在0.4%的误差范围内平坦，但全球拓扑仍然未知。
可观测宇宙的结构可以从两个角度来检视：局部几何和全球几何。
可观测宇宙的形状
从当前观察者的角度来看，可观测宇宙大约是一个半径为460亿光年的球形区域。在我们深入空间观察时，似乎越深的地方，宇宙越古老且红移越明显。理论上，我们能够看到大爆炸的前景，但实际上，我们只能观察到宇宙微波背景辐射（CMB），这大约是在大爆炸后37万年所形成。研究表明，从最大的尺度上来看，可观测宇宙是各向同性且均匀的。
如果可观测宇宙包含整个宇宙，我们或许能够通过观察来确定其结构；然而，如果可观测宇宙较小，我们只能抓住部分信息，这使得我们无法推断全球几何形状。
宇宙的曲率
宇宙的曲率描述了空间的几何形状如何与平面空间有所不同。可以根据曲率的不同将宇宙分为三类：零曲率（平坦）、正曲率和负曲率。这些曲率在数学上被称为非欧几里得几何。举例来说，正曲率的空间类似于地球的表面，而负曲率的空间则像马鞍的形状。
广义相对论解释了质量和能量如何弯曲时空的几何，进而影响宇宙的曲率。
全球宇宙结构
全球结构涵盖了整个宇宙的几何和拓扑，包括可观测的部分及其以外的范围。当局部几何无法完全确定全球几何时，局部几何的一些限制会浮现，特别是当其几何具有常数曲率时。这使得科学家在探索宇宙的深层结构时，必须考虑不同的数学模型。
科学家们正在研究宇宙是无限还是有限—这是关于宇宙大小的最根本性问题。
观测方法
在1990年代和2000年代初期，通过对宇宙学观测的测量，提出了确定全球拓扑的经验方法。观测结果显示，由于宇宙是非均匀的，因此在星系运动模式中所测得的加速度效应可以揭示宇宙的全球拓扑。最重要的是，尽管观测数据表明宇宙是在平坦的状态，但这并不能完全解释宇宙的整体结构。
最后的思考
在未来的观测中，我们究竟能否揭示出宇宙的终极结构，并理解其是否如同数学模型所描绘的那样，是一个环状的三维世界?
