在宇宙中一直沿直线旅行会发生什么？( 二 ) 来源：bigthink撰文：EthanSiegel翻

当我们从自己的角度观察一个遥远的物体时，同样的原理也在起作用：我们看到的是这些物体在光线到达时的样子。只不过，如果我们将目光越过本星系群的卫星、行星、恒星和星系，向更远的宇宙望去，就会有另一个因素在起作用：光所穿过的空间正在扩大。
20世纪，物理学家发现宇宙正在膨胀，这是人类对宇宙认识的最大变革之一。一个距离我们越远的遥远星系——假设它不受银河系引力的约束——它发出的光的红移量就越大，或者说，它的光会被拉伸至更长的波长。

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三角形的内角和取决于空间曲率的大小。在正曲率（上）、负曲率（中）或平坦（下）的宇宙中，三角形内角之和分别为＞180°、＜180°或等于180° 。尽管很容易描绘一个正曲率的曲面（上）是如何有限并循环的，但非正曲率的曲面也可以是有限的。
在宇宙中，有三种情况通常会导致红移：
（1）当光源与观察者相对远离彼此时；
（2）当射出的光需要爬出一个巨大的重力势阱时；
（3）当两个物体之间的空间在光的旅程中膨胀时。

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圆环几何结构是空间平面的一个例子，它既没有正曲率也没有负曲率，但在范围上是有限的。如果你所处的空间本质上是环面，那么一直沿直线走的话，你最终就可以回到起点。
尽管前两种效应在短距离内可能很显著，但在最大的宇宙尺度上，只有空间的膨胀才具有重要的意义。
宇宙正在膨胀的事实很重要，原因有很多，尤其是从宇宙的视角来看。这一事实让我们可以推断出宇宙历史，以及我们如何从一个更热、更密集、更均匀、更迅速膨胀的状态中诞生的过程。如果我们能测量膨胀速率随时间的变化，或许就能推断出构成宇宙的各种能量类型及其比例。
而且，如果我们能知道宇宙是如何膨胀的，以及宇宙所包含的一切，我们就能预测它在遥远未来会如何膨胀，以及宇宙最终的命运会是什么。

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最全面的宇宙微波背景图。宇宙微波背景辐射是宇宙中可观测到的最古老的光。这张图向我们展示了大爆炸发生38万年后宇宙快照，其中没有重复的结构，也没有可以相互识别的区域。这一事实限制了任何重复结构的大小，也限制了宇宙的有限属性，使之大于现代宇宙视界的大小。
那么，这些与之前提到的问题有什么关系？如果你永远沿着直线穿越宇宙，会发生什么？
【在宇宙中一直沿直线旅行会发生什么？】首先，我们先来考虑另一种可能性：如果你永远沿着直线旅行，穿过一个不会膨胀，静态不变的宇宙，情况会有什么不同？
在静态不变的宇宙中，一切都取决于我们已知的、可以用数学描述的宇宙拓扑结构。爱因斯坦的广义相对论带来的重大变革之一，就是让人们认识到，空间本身并不能简单地用直线构成的的三维网格来描述，因为这种描述是刚性、绝对的。相反，空间本身必然会因物质和能量的存在（或不存在）而弯曲。当存在一个巨大且过度密集的物质和/或能量集合时，就会导致更大的（正的）空间曲率；而当物质和能量低于平均水平甚至是负的时，就会导致负曲率。
在广义相对论中，我们所居住的时空也可以有一个全局结构。你的时空可以是正曲率的，就像一个（高维）球体；它也可以是负曲率的，就像一个（高维）马鞍；它还可以是平坦的，在最大的整体尺度上既没有正曲率也没有负曲率。