以牛顿引力为基础的牛顿宇宙观认为，宇宙是无限无边的三维欧氏几何空间，即宇宙分布在我们常说的立体几何空间里，这一空间是无限的，其中均匀地分布着无限多的天体。然而，这一假设与引力理论并非完全契合，而是存在某些矛盾。

　　“后来，当人们认识到弯曲空间的概念以后，便有了宇宙是三维球面的可能性。”爱因斯坦构造了一个有限无边的宇宙静态模型，他认为宇宙可能是一个有限封闭的三维球面。

　　根据广义相对论，物质的存在使得时空弯曲。在巨大质量的天体附近，光线不“走”直线，而是“走”曲线。后来，随着对宇宙的认知进一步加深，人们发现，实际上宇宙的真实形状存在着多种可能性。

　　“最常见的有3种可能，即平直的三维欧氏几何空间、弯曲的封闭三维球面和弯曲的三维双曲面。”陈学雷表示，即宇宙曲率分别为零、正和负时，宇宙所呈现的三种不同形态。

　　这三种可能的宇宙形状中，只有封闭三维球面是有限的空间。三维双曲面就像马鞍的形状一样，马鞍的双侧下沿无限延伸。而平坦的三维欧氏空间就更无边无际了。

　　那么，这三种可能性究竟哪种才是宇宙的真实形状呢？我们又是用何种方法测算出宇宙的形状呢？

　　“主要有两种思路，其一是用几何的方法测量，其二是用密度的方法去界定。”陈学雷介绍。

　　众所周知，在平直空间的欧氏几何中，任何三角形的内角之和都是180°。但是如果在球面上或曲率为正的曲面上，内角加起来将超过180°。而在双曲面或曲率为负的曲面上，三角形内角加起来将小于180°。几何测量方法的原理是，以观测者作为一个顶点，再在空间选取2个点，构成一个三角形。如果我们能测出三条边的边长，在欧氏几何中就可以确定这一具有唯一性的三角形，其顶角的大小就可以计算出来。另一方面，我们也可以通过直接观测得到我们所在的顶角的大小，与计算值相比，就可以确定是否一致，还是更大或更小。

　　如果这个顶角的观测值和计算值（真实值）相等，表明宇宙是平直的三维欧氏空间；如果观测值大于计算值，则表明光线在一个正曲率面上穿行，即宇宙为球面；如果观测值小于计算值，则表明宇宙是负曲率的双曲面。

　　另外一种思路取决于膨胀宇宙的总体密度和临界密度的关系。临界密度取决于膨胀速度，某一时刻的膨胀速度越高，临界密度也越高。

　　根据广义相对论，当宇宙的总体密度（即平均密度）等于临界密度时，宇宙形状为无限、平坦的三维欧氏空间；当总体密度大于临界密度时，宇宙的几何性质表现为球面几何；如果宇宙空间中物质总量太少，使得其密度小于临界密度的话，宇宙表现为双曲几何。