如果你在70年代初碰到D ·索柯洛夫（Dmitry Sokoloff）,问他在做什么，你就会以为他的神经出了毛病。那时索柯洛夫正在筛选遥远星系的编目，想从中找到我们自己的星系。他要从那个星系里寻找我们所在的地方——不过那是属于过去久远的年代的：在这个相距大约数十亿光年的星系的重像里，有一个叫地球的行星，行星上的人类生命最终会进化；两次世界战争会殃及全球；据说一个神话中的预言家诞生1998年之后，一个叫法兰西的国家会赢得足球世界杯。

索柯洛夫一直没有找到年轻时代的银河像。但是年轻银河像的观念并不像它听起来那样远不可及。从本世纪初以来，天文学家考虑了这样的可能性：宇宙中的光按神秘的方式移动，使宇宙中的各个明亮物质——包括我们的星系——产生多重像。我们现在可以相当确信，我们附近不存在酷似银河的东西（像），但是它们可能存在于宇宙的遥远角落。科学家计划利用人造卫星去寻找它们，这类卫星随后几年就要发射升空了。到下个世纪初，我们会知道，宇宙是一个巨大的镜子厅堂，在那里我们不能总是相信我们的眼睛。

如果有证据证明太空中星系的多重像，就会揭示出有关宇宙的不少重要的事情。“我们肯定会知道宇宙是有限的。”剑桥大学的天体物理学家N ·康尼胥（Neil Comish）说。它还会帮助我们推广爱因斯坦关于引力的著名理论。而且，如果我们的望远镜能够确认天空某处一个银河像，那么我们就能够观看我们自己进化的历史。“这真是激动人心，”他说。

太空多重像的论点是作为爱因斯坦广义相对论的一种结果而开始认真采用的。这个结果证实了18世纪几个科学家的推测：太空可能不是平直的。恒星和星系的引力要将空间扭曲，使光线围绕着它们弯曲起来。俄罗斯物理学家亚历山大 ·弗里德曼（Alexander Friedmann）在20年代就证明，太空几何有各种各样的选择。哪一种适合，这取决于一个未知镇：宇宙物质的总量。

如果宇宙质量比较小，太空就是一种双曲线几何。换句话说，原来的平行光线在太空流动时会发散。加利福尼亚大学的物理学家J · 西尔克（Joseph Silk）说：“宇宙的作用像一面凹透镜。”质量稍大一点，到达某一个临界值，太空就是平直的。如同我们直观感到的那样，光是平行传播的。弗里德曼从爱因斯坦方程中得出第三种宇宙，即质量大于临界值时，平行光线就逐渐会聚起来。

爱因斯坦方程在这样的宇宙中建立起关于局部太空几何的法则。但是关于总体形状和拓扑结构，爱因斯坦方程没有说出什么东西。还有，尽管光会聚的宇宙，其大小必然是有限的，但另外两种宇宙则可以是有限的，也可以是无限的。爱因斯坦对此无可奉告。“在这个意义上，他的理论是不完备的。”西尔克的伯克莱同事J ·莱文（Janna Levin）说，“整个问题仍在五里雾中。”

过去10年左右的观察结果几乎排除了这样的意见：宇宙厚重得足以符合弗里德曼的会聚宇宙。我们现在可以说的是，太空是双曲的或者是平直的。但是在爱因斯坦引力理论发表80多年后的今天，科学界对宇宙是有限的还是无限的，仍然难以决断。

物理学家认为，在任何有限宇宙中，空间弯曲回到它自身，而决不会到达任何一种“边缘”。这是一种多么古怪的宇宙！光线通过太空时看起来像是直线传播的，但最后却能以大致回到它的出发地而告结束。

这有点像环球航行。无论你从哪个方向启航，经过足够长的时间，你就会一再看到陆上相同的标志。与之相类似，如果你沿直线通过有限宇宙，你会反复看见相同的恒星和星系的型式，如同你在通过一连串无限重复的等同太空区域一样。在这个神奇的宇宙中，来自银河的光会恰好缠绕宇宙，在发现它自己回到地球时产生这样的假像：空中有一个我们自己星系的复制品。

上面所说的情况启发了索柯洛夫去搜寻众星系中银河的“重像”，是它们把天空搞乱了。70年代初，索柯洛夫是莫斯科大学的一个学生（现在是该校的数学教授），他和物理学家V ·薛瓦德斯曼（Vitia Shvartsman）通过天体编目想搞清是否有某一个星系的式样与银河系幽灵般的像相同。“薛对它抱有希望，我则是怀疑的。”索柯洛夫说。

他不抱过高希望是有理由的：寻找银河的重像是—项难办的差事。银河的光通过大部分的多尘的宇宙，重像大概变得很微弱了。而且因为光要花数百万年甚至数十亿年才得以环绕宇宙，因此重像比起实际事物来要年轻得多。

“重像是非常不同年代的星系图像，”莱文说。“很像拿孩子的照片去与老年人的照片相比较。”康尼胥补充说：反映我们星系今天样子的照片比我们想要的来得粗略；“我们生活在银河里面，很难知道从外面看，它是什么样子的。”

大概是因为遇到这些困难，索柯洛夫和薛瓦德斯曼没有找到年轻的银河系，所有的尝试都失败了。但研究工作将立即重新启动。如果研究工作者找到这些重像星系，他们就不只会证明宇宙是有限的，还会揭示宇宙的形状。

理论家已经提供许多不同的与有限的平直或双曲宇宙相应的形状。举例说，莱文认为平直太空由重叠的砖状块料、平行六面体块料、甚至六边形角柱体构成，当光从一柱体通过而到达另一柱体块料时，要扭转120度。设计出用等同的多面体累砌空间而得双曲有限宇宙，有许多方法。其中就有20面体（20个边）和18面体（18个边），每一种形状使从星系散射的光以不同的方式遍布太空。测量空中的星系像的分布状况，可以揭示出宇宙的真正形状是这些奇异形状中的某一种，还是别的十分不同的东西。

天文学家现在知道，我们的星系附近没有像。但是有些像可能隐藏在远处，在现有望远镜视程之外。要找到它们是很快就可能办到的事。2000年，NASA（美国航空航天局）要发射MAP（微波有向探测器）卫星；2006年，欧洲太空署将发射“普朗克”卫星。“这些卫星让我们能在这样的大尺度上观察宇宙，”康尼胥说。他和普林斯顿大学的D · 斯贝格尔（David Spergel）将是分析MAP首批数据组的成员。

两颗卫星将仔细观察宇宙中最遥远的可测“物体”——微波背景辐射，它是大爆炸的遗留物。早期宇宙的膨胀火球把所有辐射禁闭在宇宙里面，直到密度降落到某一点。这时（理论上认为大约在大爆炸之后30万年），宇宙变成透明（辐射可以通过），辐射开始在太空传播，我们现在还能看见它。“这种炽热的大爆炸余留物为宇宙考古学提供丰富而显眼的遗址。”莱文说。

背景辐射向所有方向传播，弥漫于整个宇宙。但是到达此时此地的辐射只有我们在地球上看到的光子。粗略地说，它们已传播了130亿年。由于光速是不变的，从那时起它们已传播了相同的距离。因为宇宙膨胀，在这段时间里太空已经伸长，所以辐射传播的距离比你预想的要远：约有300亿光年。因此我们看到的光子是从空中一个遥远的球体中传来的，这个球体的半径大约是300亿光年。

辐射带着波纹——波长或温度的微小变化。这些振荡是1992年由背景探测者卫星（COBE）首次检测到的，它反映了辐射逃逸时大爆炸火球密度的大小变化。

1996年，康尼胥和斯贝格尔以及西拉索芙大学的G ·斯塔克曼（Glenn Starkman）研究出应用这些来发现重复星系的指示信号的简便方法。要描绘这是怎样操作的，可以设想，我们关于微波背景辐射的观察，怎样同我们关于生活在相距几十亿光年的星系中一个行星上的外星人的观察相比较，就知道了。

正像我们的辐射球是以我们为中心那样，遥远星系上的外星人也会看到辐射球是以他们为中心的，半径也是300亿光年。如果外星人与我们相距很远，他们的辐射不与我们的相重叠。但是如果他们星系与我们相距不到600亿光年，我们的辐射球就会同他们的互相交叠。在两个球相交叠时，它们的公共点围成了—个圆。因此我们向着外星人观望时，就会看到辐射中一个带有波纹的环，这与外星人从相反方向向着我们观望时所看到的情况等同。

但是如果外星人星系正好是银河的像那会怎样呢？如果外星人就是我们自己又会怎样呢？如果宇宙是由它本身的等同和重复的复制品所组成，那么这样的事是真正要发生的。那时我们会同时有外星人的观察和我们自己的观察。换句话说，我们会看见宇宙辐射中的等同的波纹：沿着面向我们星系方向的一个环和沿着某一别的方向的一个环。由于多重像的无限重复的型式，就会有许多这样的环。确切的型式取决于像在太空的分布状况。这种型式是最大尺度宇宙确切形状的解答。

MAP和普朗克卫星首次为相称的圆定位提供了机会。这两颗卫星对微波背景的观察要比COBE详尽得多。康尼胥说：“一个COBE像素可以与400个月球吻合，而MAP的分辨率则要大得多，每个像素只有1/4个月球。”

康尼胥和他的同事们已经研究出计策，通过数据的收集来识别是否有相称的圆出现。他们只需要发现三对，就可以据以计算出宇宙的确切形状。“如果我们发现了圆，重建拓扑结构是非常容易的，”康尼胥说。纽约数学家J ·威克斯（Jeff Weeks）已经设计好计算机编码，能在几秒钟内计算出拓扑结构。它能很容易地预示所有别的圆应当在哪里，然后将它从卫星数据中搜寻出来。

当然，MAP和普朗克卫星一无所获而归，也是完全可能的。也许宇宙终究是无穷的，不包含有银河的复制品；或者我们的复制品是存在的，但是宇宙是如此之大，复制品很遥远，环绕着它们的背景辐射不同我们自己的相交叠。既然如此，辐射就不会显露宇宙的形状。“这是有可能的：两种拓扑结构和曲率在如此大的尺度上，以致我们总是看不见它们，”莱文说。“这和如下的错误结论相似：地球是平直的，不连贯的，只是因为我们看不到它弯曲成一个球。”

但是如果我们发现宇宙确实是个万花筒，我们就会第一次知道，相对于作为整体的宇宙，我们的星系位置在什么地方（这是一个至今还没实际意义的概念）。“你就可以说，你生活在宇宙的什么位置上，”康尼胥说。

它还会引发一次有关引力的观念突破。“如果我们直接观察拓扑结构，在某种意义上，这是超越爱因斯坦引力理论的第一次观察，”莱文说。几十年来，物理学家试图把引力引入量子理论来建造爱因斯坦理论。量子理论描述自然界另外几个力——强、弱、电磁力——如何施加它们的作用。引力则不遵守这样的理论。按照萨塞克斯大学J ·贝罗（John Barrow）的意见，知道了宇宙的整体形状就给量子引力理论的过多候选物提供强有力的约束。“这样就让量子引力理论集中到解决非常有限的东西，”他说。

最扣人心弦的大概是我们可能看到我们自己的星系在它年轻时候的状况。我们发现我们在观看外观上为遥远星系的自己的过去。真是不可思议：遥远标志可以展示为邻近星系的像。正如康尼胥所说，小宇宙藏不住任何秘密。

 [New Scientist，1998年9月]