CMB揭示宇宙拓扑新奥秘！

CMB揭示宇宙拓扑新奥秘！

引用

scientificamerican

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来源

1.

https://www.scientificamerican.com/article/how-many-holes-does-the-universe-have/

2.

https://www.simonsfoundation.org/event/simons-collaboration-on-extreme-electrodynamics-of-compact-sources-annual-meeting-2024/

3.

https://tdli.sjtu.edu.cn/CN/science/middle/52

4.

https://phys.org/news/2024-05-future-discoveries-scientists-explore-nontrivial.html

5.

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%AA%E8%A7%A3%E6%B1%BA%E7%9A%84%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%B8%E5%95%8F%E9%A1%8C

6.

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%87%E5%AE%99%E8%B5%B7%E6%BA%90

7.

https://www.snexplores.org/article/complex-universe-doughnut-shape

8.

https://news.utdallas.edu/science-technology/desi-findings-2024/

2500年前，人类开始认识到地球是圆的——尽管今天仍有一些“平地球”支持者否认这一点。然而，宇宙的形状至今尚不明确。之前的研究暗示宇宙可能具有相对简单的形状，例如三维的球面或平面。但根据观测、模型与异常和宇宙拓扑合作组织(COMPACT)的宇宙学家们在2024年4月发表的一篇论文，宇宙的形状可能比我们之前所认为的复杂得多。

要理解宇宙的形状，我们首先需要了解宇宙微波背景辐射（CMB）。CMB是大爆炸后约30万年形成的辐射，那时宇宙冷却到足以让光子自由传播。这些古老的光子携带着宇宙早期的信息，为我们提供了研究宇宙形状的关键线索。

科学家通过分析CMB的温度波动和偏振模式，可以推断出宇宙的几何形状和拓扑结构。如果宇宙在某处的曲率发生变化，CMB的图案就会出现不均匀性。因此，CMB的均匀性暗示着宇宙要么在每个地方都有相同的曲率，要么是完全平坦的。

COMPACT团队将最新的CMB数据与各种宇宙拓扑模型进行比较，发现了令人惊讶的结果。他们发现，以前的研究忽略了多种可能的拓扑结构，特别是那些包含“洞”的复杂结构。

在数学上，一个平坦的三维空间可以有18种不同的拓扑结构。其中一种是简单的三维长方体，而另一种则是环面（类似于甜甜圈的三维版本）。虽然环面在整体上看起来是弯曲的，但从局部来看，它仍然是平坦的。

COMPACT团队的研究表明，如果宇宙是一个普通的环面，那么光子返回地球的路径将非常长，以至于我们目前还无法观测到这种效应。然而，他们还研究了两种特殊的环面变体，在这些变体中，空间在粘合前被扭曲。这些扭曲的结构可能允许更短的循环路径，使得光子有机会在可观测的时间尺度内返回。

这些发现对宇宙学具有深远的影响。宇宙的拓扑结构不仅是一个学术问题，它还可能揭示宇宙起源和演化的关键信息。例如，时空的拓扑结构可能与大爆炸后不久发生的量子过程有关。通过研究宇宙的形状，我们可能更好地理解早期宇宙的复杂物理过程。

此外，这些发现还可能影响我们对宇宙大小和结构的认识。如果宇宙确实包含多个副本或循环路径，那么我们对可观测宇宙的边界和范围可能需要重新思考。

尽管COMPACT团队的研究为我们提供了新的视角，但要最终确定宇宙的形状仍需更多的观测数据和理论研究。未来的CMB实验，如LiteBIRD和CMB-S4，将提供更高精度的数据，帮助科学家进一步探索宇宙的拓扑结构。

宇宙形状的研究是一个充满挑战的领域，但它也充满了发现新知识的机遇。随着技术的进步和理论的发展，我们有望在未来揭开宇宙最深层的奥秘。