从地球直线往太空旅行，最终会回到地球吗？

回到人们还认为地球是平的时代，如果你站出来跟人们说，“如果我从这里直线出发，只要走的足够久，最终都会回到出发点。”人们肯定会把你当做是异教徒。但这却是事实：无论你从任何一个方向出发，翻过山脉，越过大海，不管遇到什么样的地形，只要走上个四万公里，你最终会回到出发地。

那么，如果我乘上一架宇宙飞船，从地球直线往太空旅行，然后航行的足够远，并且足够久，在中途不会遇到任何阻碍物，比如恒星、行星等，那么我最终会不会回到出发点呢？

这听起来并没有想象中的那么疯狂。我们可以认为宇宙无限大，并将在各个方向都持续膨胀下去，但是关于宇宙的大小和形状，我们所掌握的证据还非常有限。一方面，大爆炸至今宇宙才经历了138亿年，因此我们所能看到的宇宙是光在这段时间内所能传播的。

另一方面，宇宙之中有大约两万亿个星系，你看的越远，那些星系就越年轻。有没有可能它们中的其中一个其实是银河系的年轻版本？最后，就像我们可以在二维的地球表面移动，其实宇宙是一个更高维度的结构，比如超球面或超环面。在这些结构中宇宙是闭合且有限的，并且相互连接的。

如果情况是这样，那么当你从地球直线往太空出发后，只要时间够久，你最终会回到最初的地方。如果你青春永驻，你只要看的足够久，或许你还可以看到自己的后脑勺，因为你的眼睛最终会接收到你自身发出的光。

但问题是，我们要怎么证明？

有一个方法是观测宇宙的最大尺度，往不同的方向寻找是否不同的区域会显示出同样的性质。一个有限且重复的宇宙就暗示着同样的结构会不断地出现。然而，宇宙的大部分都很难识别是否重复，因为有限的光速意味着我们可能看到同样的物体在它不同的演化阶段（就像年轻的银河系）。宇宙的大尺度结构无法告诉我们是否有这样的结构，但我们有一个更好的观测手段：宇宙微波背景辐射。

大爆炸遗留下来的热辐射的起伏有着非常特别的模式，但是在特别的模式下它们也显示出随机分布。有许多算法已经被编程来寻找重复、非随机的信号，或者天空不同部分的起伏是否有相关性。如果宇宙是有限并且自我闭合的，那么我们应该能从微波背景辐射中看到重复的部分。

但是，我们没有发现任何可探测和重复的结构。

但这也不意味着宇宙不可能会是这种类型的拓扑结构。它只是意味着，如果宇宙确实重复，如果它是闭合的超曲面，以及如果在理论上当我们直线旅行的足够久能够回到最初的地点，那么它将会发生在一个远远超过可观测部分的尺度上。考虑到光能传播的距离被限制在138亿年间，宇宙仍然有可能会是有限且自我闭合的。

但这里有个值得注意的问题。无论未来人类的技术已经发展到多么先进，只要光速仍然是速度的极限，我们就无法找出答案，即使宇宙真的是这样的。加上宇宙正加速膨胀，我们甚至无法到达可观测宇宙的边缘；事实上我们只能到达约最大距离的三分之一。除非宇宙在我们所能达到的最远距离内重复，否则直线出发是永远不可能回到最初的地点的。

但是，这并不意味着宇宙不可能是个闭合和有限的超曲面。它只意味着加速膨胀的宇宙阻止我们完成一次“环游宇宙一周”，并回到原点。这是因为以下几个原因的结合：有限的宇宙年龄；有限的光速；以及加速膨胀的宇宙。

我们或许永远无法知道宇宙是无限还是有限，以及它真正的拓扑结构。

我们所能看到的只是我们能够触及的部分，而这部分允许我们对宇宙的拓扑结构做出限制。就目前所知，宇宙是平坦的，非重复的，以及可能（但非必须）是无限的。或许，随着时间的流逝，宇宙会慢慢揭露它自己的真实面目，又或许当我们对空间曲率测量的越来越精确时，我们会得出与现在不同的结论。