新研究称,宇宙或许就是一个“甜甜圈”

发布时间：2023-03-23 11:25:17 所属栏目：外闻来源：

导读：宇宙的形状是什么样的？这是一个困扰了人类数千年的问题。我们身处三维空间,但是我们可以看清这个空间本身的样子吗?

普朗克卫星拍摄的宇宙微波背景图像。CMB 波动的大小表明宇宙是平坦的，但新的研究表明它仍然可

宇宙的形状是什么样的？这是一个困扰了人类数千年的问题。我们身处三维空间,但是我们可以看清这个空间本身的样子吗?

普朗克卫星拍摄的宇宙微波背景图像。CMB 波动的大小表明宇宙是平坦的，但新的研究表明它仍然可能是曲折的。然而，最近有一项新的研究挑战了这个普遍接受的观点。这项研究发表在《自然·天文学》杂志上，作者是来自英国、意大利和美国的三位天体物理学家。他们重新分析了此前发布的CMB数据，并发现其中存在一些奇怪的模式。这些动物的模式可以用太阳系外的一个更复杂的形状模式来进行解释：太阳系外的一个巨大而膨胀的黑色气球。

宇宙微波背景辐射（CMB、CMBR）是充满所有空间的微波辐射。它是一个遗迹，为原始宇宙提供了重要的数据来源。

同样的逻辑也适用于三维空间中。例如，在CMB中存在着天空上温度的微小波动。天文学家计算了这些波动预期大小与观测值之间的差异。如果测量值与预期值不同，则意味着那些起初平行运动的光线在时空中改变了方向，表明宇宙几何结构是弯曲而非平坦。

但根据对CMB数据进行精确测量后得出的结论显示，在忽略星系和黑洞等小尺度偏转后，整个宇宙几何结构基本上是平坦无边界且不会环绕自身。

例如，在纸上画两条平行线，并将纸卷成圆柱体，则两条直线仍然保持平行并沿着圆柱体循环运动；或者将纸卷成环面（即甜甜圈），则两条直线也保持不变；或者将纸卷成莫比乌斯带（即只有一个边界和一个面），则两条直线会相交并覆盖整个表面。

是一种只有一个面（表面）和一条边界的曲面，也是一种重要的拓扑结构。它是由德国数学家、天文学家莫比乌斯和约翰·李斯丁在1858年独立发现的。
数学家称之为拓扑性质——即空间可以被拉伸或者变形，而不会破裂。这些形状在数学上都是平坦的，但在物理上却有着不同的性质。

那么，宇宙是否有可能具有这样一种拓扑性质呢？换句话说，宇宙是否可能像甜甜圈一样是平坦的，但却有着一个环形结构呢？

这个问题并不容易回答。因为要检测宇宙的拓扑性质，我们需要观测到比CMB更远的光线。如果我们能够看到从相同方向来自不同距离的相同物体，那就意味着我们已经绕过了整个宇宙，并且看到了同一个物体的多个副本。然而，目前我们还没有发现这样的证据。

以角尺度（或多极矩）表示的宇宙微波背景辐射温度各向异性的功率谱。显示的数据来自WMAP (2006)、Acbar (2004) Boomerang (2005)、CBI (2004) 和VSA (2004) 仪器。还显示了一个理论模型（实现）
科学家们对这些异常提出了各种解释，包括仪器误差、数据分析方法、初期暴涨阶段、暗能量、暗物质等等。然而，没有一个解释能够完全令人满意。

但这项新研究提出了另一种可能性：也许这些异常反映了宇宙拓扑性质对CMB产生影响。作者使用普朗克卫星发布的数据，并采用了一种新颖且复杂的统计方法来分析CMB中最大尺度上温度波动之间相关性。

COBE、WMAP和Planck的CMB结果比较，然而在假设标准模型成立并且考虑拓扑效应时，他们得到了一个惊人结果：即如果假设宇宙像甜甜圈一样具有环面结构，则所有异常都可以得到很好地解释，并且与观测值之间没有显著差异。

威尔金森微波各向异性探测器( WMAP )，最初被称为微波各向异性探测器（MAP和Explorer 80），是2001 年至 2010 年运行的NASA航天器，用于测量宇宙微波背景（CMB）中整个天空的温差- 辐射点大爆炸留下的热量
当然，并非所有人都接受这个惊人结果。首先，发表在《自然·天文学》杂志上另一篇论文中，普朗克卫星团队使用不同方法分析相同数据集时并没有发现任何拓扑效应的证据。相反，他们得出了一个与以往相同的结论：即宇宙是平坦且开放的。

其次，在这项新研究中使用的统计方法也受到了一些批评。有人认为，这种方法可能会导致过度拟合数据，并且没有考虑到其他可能导致异常的因素。考虑到其他可能导致异常的因素。不过，研究人员表示，他们的结果并不是唯一的，因为还有其他研究表明，在某些情况下，人们的行为模式也会影响大脑的反应。

（编辑：驾考网）

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