在宏大尺度下，宇宙整体呈现何种形状？这一问题或许常被忽视，毕竟许多视频与图片将宇宙描绘成不断膨胀的黑色球体，然而，宇宙并非三维球体，需摒弃这一固有认知。

地球近似球形，太阳系呈扁圆盘形，银河系同样是带旋臂的圆盘形，且星系形状千奇百怪，如螺旋星系IC2 163像一对大眼睛，南三角座的ESO 137-001星系就像一个巨大水母，这意味着宇宙形状或许也丰富多样。

螺旋星系IC2 163

南三角座的ESO 137-001

有野心的宇宙学家不会盲目猜测，因无法飞至宇宙外拍照，只能借助理论缩小选项范围。对称性理论便是关键，它能将宇宙形状可能性从无限缩减至三种，甚至有望揭示最终答案，还关乎宇宙的“生死时速”——时间。

大物理学家理查德・费曼认为，若用一句话总结现代科学最重要发现，那便是“世界是由原子组成的”；许多科学家还补充，“对称性是宇宙规律的基础”。科学界流传，若人类文明毁灭只能留两句话，就是这两句，它们能为后世文明节省数百年探索时间。

理查德・费曼

在科学变革中，对称性至关重要。

从熟悉的几何对称说起，台球、圆盘旋转时无变化，雪花特定角度旋转后看似未动，字母“a”绕垂直轴翻转后依旧相同，物体在特定操作下外观不变，这种操作就是其具有的对称性，能保持物体不变的操作种类越多，对称性越高。

物理学中，对称性范围更广。

对物体或环境进行操作，若解释物理现象的定律保持不变，即为对称性操作。需注意，对称性操作不要求观测结果不变，而是定律不变。例如体操运动员，无论在地球还是美国比赛，牛顿定律不变，这体现了平移对称性。

平移对称性在众多物理理论中均成立，虽在地球和月球做体操体验不同，但这正是引力定律作用的结果，且引力定律不会随时间和地点改变。

转动对称性与平移对称性类似，基于不同空间方向地位相同的理念。

在地球上，上下有别是环境因素，在外太空则无特殊方向。建造实验室时，基本定律不受朝向影响。此外，物理学还遵循其他对称性，如外层空间实验室匀速运动不影响物理定律，爱因斯坦提出光的对称性，光速不受运动影响。

广义相对论更是在加速运动的点之间建立对称性，在其框架下，所有观测者地位平等。

对称性对时间也极为重要。时间是宇宙变化的记录者，存在取决于特殊对称性的缺失。若世界无变化，时间便无意义。

相对论表明，时间流逝快慢与运动速度和引力场强度有关。

大爆炸理论说宇宙始于140亿年，这一“140亿年”是相对于谁的时间呢？答案也与对称性相关。宇宙微波背景辐射是大爆炸遗迹，分布均匀，这表明早期宇宙各向同性、熵低，且各地演化类似。

正因如此，我们能为整个宇宙定义时间概念，不同星系的物理学家能对宇宙历史和年龄达成共识。

宇宙在不断膨胀，1929年埃德温・哈勃发现星系都在远离，且距离越远速度越快。若宇宙像炸弹爆炸，星系应杂乱分布，但实际所有星系都离我们远去，合理推测是我们位于宇宙大爆炸正中心，但这与宇宙各处相似的观测事实及对称性相悖。

埃德温・哈勃

广义相对论给出解释，空间和时间可变，宇宙中的物质不是在不变空间中四散飞去，而是空间本身在膨胀，将星系彼此拉开。以气球为例，气球膨胀时，上面的小点彼此远离，站在任何小点上都感觉自己在中心，宇宙膨胀同理。

通过气球变种，我们能更好理解宇宙膨胀与时间的关系。

气球上的钟表随空间膨胀彼此远离，但由于它们相对空间固定，所以能保持同步。宇宙大爆炸理论中，遥远星系远离速度可超光速，因为是空间膨胀导致，不违反相对论。天文学家可通过宇宙微波背景辐射的微小差异探测我们相对于空间的运动。

基于对称性原理，若认为宇宙所有位置和方向彼此对称，那么宇宙形状可能是三维球面、无限延展的平坦宇宙或三维马鞍面。

三维球面中，朝一个方向走最终会回到出发点；平坦宇宙无限延伸，走不到边缘也回不到原点；马鞍面则是向内凹陷的反球面。

物理学家证明，在对称性要求下，这三种形状穷尽了所有可能。

确定宇宙真正形状需借助广义相对论，爱因斯坦方程根据物质和能量计算空间曲率，物质和能量总和除以空间大小得到临界密度，目前数据倾向于宇宙是平坦的，对应的物质密度极低。

但令人费解的是，宇宙曲率为何接近零，这仍是未解之谜。

总之，对称性法则将宇宙形状的可能性缩减至有限选项，其在现代宇宙学中不可或缺，赋予宇宙整体时间意义，决定宇宙形状，影响广义相对论框架。

从宏观宇宙到微观量子世界，对称性贯穿始终，让物理定律具有普世性，使宇宙从无序走向有序，每一次对对称性的探索都在拓展人类认知边界，引领我们靠近宇宙终极秘密。