想象一个宇宙，你可以将一艘宇宙飞船指向一个方向，并最终返回到你开始的地方。 如果我们的宇宙是一个有限的甜甜圈，那么这种运动是可能的，物理学家也有可能测量它的大小。
“我们可以说：现在我们知道了宇宙的大小，”法国里昂大学天体物理研究中心的天体物理学家托马斯·布切特在一封电子邮件中告诉《生活科学》。
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布切特和天体物理学家团队检查来自早期宇宙的光已推论出我们的宇宙可能是多重连接的，这意味着空间在所有三个维度上都是封闭的，就像三维甜甜圈一样。
这样的宇宙是有限的，根据他们的结果，我们的整个宇宙可能只比可观测宇宙的极限大三到四倍，距离我们大约 450 亿光年。
物理学家使用的语言是爱因斯坦的广义相对论来解释宇宙。 该语言将时空的内容与时空的弯曲和扭曲联系起来，然后告诉这些内容如何相互作用。 这就是我们体验重力的方式。
在宇宙学背景下，该语言连接了整个宇宙的内容？暗物质,、常规物质、辐射等等？ 其整体几何形状。
几十年来，天文学家一直在争论这种形状的本质：我们的宇宙是“平坦的”（意味着假想的平行线将永远保持平行）、“封闭的”（平行线最终会相交）还是“开放的”（这些线会发散） ）。
宇宙的几何形状决定了它的命运。 平坦且开放的宇宙将继续永远膨胀，而封闭的宇宙最终将自行塌陷。
多次观察，特别是来自（当我们的宇宙只有 380,000 岁时发出的闪光），已经坚定地证明我们生活在一个平坦的宇宙中。 平行线保持平行，我们的宇宙将继续膨胀。
但形状不仅仅是几何形状。 有还有拓扑，这就是形状如何在保持相同几何规则的同时发生变化。
例如，拿一张平坦的纸。 明明是平的？ 平行线保持平行。 现在，取出纸张的两个边缘并将其卷成圆柱体。 这些平行线仍然是平行的：圆柱体在几何上是平坦的。 现在，取出圆柱形纸的相对两端并将它们连接起来。 这就形成了甜甜圈的形状，在几何上也是平坦的。
虽然我们对宇宙内容和形状的测量告诉我们它的几何形状？ 是平的吗？ 他们没有告诉我们有关拓扑的信息。 它们没有告诉我们我们的宇宙是否是多重连接的，这意味着我们宇宙的一个或多个维度相互连接。
向光看
虽然一个完全平坦的宇宙会延伸到无穷，具有多重连接拓扑的平坦宇宙将具有有限的大小。 如果我们能够以某种方式确定一个或多个维度是否被自身包裹，那么我们就会知道宇宙在该维度上是有限的。 然后我们可以使用这些观测结果来测量宇宙的总体积。
但多重连接的宇宙将如何显现呢？
来自德国乌尔姆大学和法国里昂大学的天体物理学家团队对宇宙微波背景辐射（CMB）进行了研究。 当 CMB 被释放时，我们的宇宙小了一百万倍与今天相比，如果我们的宇宙确实是多重连接的，那么它更有可能在当时宇宙的可观察范围内自我包裹。
今天，由于宇宙的膨胀，包裹发生的规模更有可能超出可观察的极限，因此包裹将更难检测到。 对宇宙微波背景的观测给了我们最好的机会看到多重连接的宇宙的印记。
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该团队专门研究了扰动？ 颠簸和摆动的奇特物理术语？ 在 CMB 的温度下。 如果我们宇宙中的一个或多个维度要相互连接，那么扰动就不会大于这些环周围的距离。 他们根本不合适。
正如布切特在一封电子邮件中向《Live Science》解释的那样，“在无限的空间中，宇宙微波背景辐射的温度扰动存在于所有尺度上。然而，如果空间是有限的，那么就会缺少那些大于尺寸的波长。的空间。”
换句话说：扰动会有一个最大尺寸，这可以揭示宇宙的拓扑结构。
建立连接
使用 NASA 的 WMAP 和 ESA 的普朗克等卫星制作的 CMB 地图已经发现了大量令人感兴趣的大尺度缺失扰动。 布切特和他的合作者研究了这些缺失的扰动是否可能是由于多重连接的宇宙造成的。
为了做到这一点，该团队对如果宇宙是一个三环面的话宇宙微波背景（CMB）会是什么样子进行了多次计算机模拟，这是一个巨大的三维甜甜圈的数学名称，我们的宇宙在所有三个维度上都与自身相连。
“因此，我们必须在给定的拓扑中进行模拟，并与观察到的结果进行比较，”Buchert 解释道。 “观测到的宇宙微波背景波动的特性显示出在超出宇宙大小的尺度上‘缺失的力量’。”
功率缺失意味着 CMB 的波动在这些尺度上不存在。 这意味着我们的宇宙在这个尺度上是多重连接的、有限的。
他补充说：“与被认为是无限的标准宇宙学模型相比，我们发现与观测到的波动更好地匹配。”
“我们可以改变空间的大小并重复这个分析。结果是与 CMB 观测结果最匹配的宇宙的最佳大小。我们论文的答案显然是有限宇宙比无限模型更好地匹配观测结果。我们可以说：现在我们知道了宇宙的大小。”
研究小组发现，一个比我们可观测到的气泡大三到四倍的多重连接宇宙与宇宙微波背景数据最匹配。 虽然这一结果从技术上讲意味着您可以朝一个方向行驶并最终回到起点，但实际上您无法真正实现这一目标。
我们住在在不断膨胀的宇宙中，并且在大尺度上，宇宙正在以比光速更快的速度膨胀，因此你永远无法赶上并完成循环。
布切特强调，结果仍是初步的。 仪器效应也可以解释大尺度上缺失的波动。
尽管如此，想象生活在一个巨大的甜甜圈的表面还是很有趣的。
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