宇宙到底是圓的、馬鞍形的，還是平坦的呢？

在牛頓引力中，我們把一個處在引力場的物體的總能量寫出來，會發現它可能是負的——負的表示束縛態，比如地球這樣的，繞著太陽公轉，就叫做束縛態。

在牛頓引力中，無限遠處的勢能等於0，在有限遠的地方，勢能是負的。你提到的引力能量是負的，說的是牛頓引力的情況。

到了廣義相對論中，情況變得無比複雜。在廣義相對論中，如何定義引力的能量是一個問題，因為根據等效原理，一個自由下落的觀察者是測不到引力的能量的——所以光談能量是沒有意義的，我們應該談論四動量。

如果一個時空是漸近平坦的，我們可以定義ADM四動量，還可以定義一個叫做邦迪——sachs的四動量。這個邦迪——sachs四動量與引力波有關，它是引力輻射後留下來的四動量。你提到的引力波，在一定意義上可以認為是ADM四動量與邦迪——sachs四動量的差，這個差距也是一個四維矢量。而你提到的引力波的能量則是我們在實驗上來測量的，看它的作用效果，認為它有正的能量。

涉及到宇宙形狀或者是時間形狀的問題都是基於愛因斯坦的廣義相對論。該定義認為有質量的物體可以使時空發生彎曲，像太陽系天體系統、太陽也繞銀心在做轉動。那麼從整個宇宙的角度出發，所有的能量與質量是否會彎曲整個宇宙？科學家就提出了宇宙質能密度（所有質量能量平均分布在整個空間）的概念：

當質能密度大於臨界值，空間曲率為正，也就是說宇宙的形狀從整體概念上來說是閉合的球形狀，宇宙空間的大三角形內角和會大於180度；

當質能密度等於臨界值，空間曲率為零，宇宙中的質量和能量並不足以使宇宙發生彎曲成閉合，那麼空間就是平坦的無限的，宇宙空間的大三角形內角和等於180度；

當質能密度小於臨界值，空間曲率為負值，宇宙的形狀就是馬鞍的形狀，宇宙空間的大三角形內角和小於180度。

但是根據目前的研究，天文學家和宇宙學家推測宇宙整體空間曲率為零，也就是從大尺度來看宇宙是平坦無限的。

PS：未經同意不得轉載（圖片來源網路）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！