期待未來的發現：科學家探索非凡的宇宙拓撲結構

發表于 2025-11-26 02:40:45 來源：骨軟筋酥網

宇宙微波背景輻射圖。來源：uux.cn歐空局和普朗克合作組織。發現凡noirlab.edu/public/images/CMB。科學溫州外圍（外圍預約）外圍女聯系方式（電話微信199-7144-9724）一二線熱門城市上門
（神秘的家探結構地球uux.cn）據美國物理學家組織網（Tejasri Gururaj）：在一項新的《物理評論快報》（PRL）研究中，科學家們探索了宇宙中非平凡或奇異拓撲結構的索非可能性，以解釋宇宙微波背景（CMB）中出現的宇宙一些異常現象。
我們的拓撲宇宙學模型基于量子力學和廣義相對論，處理受物質和能量影響的期待宇宙幾何結構，在大多數情況下，發現凡這些幾何結構被認為是科學平坦的。
然而，家探結構它對宇宙本身的索非拓撲結構只字未提：它是無限的嗎？它有環嗎？等等。PRL研究的宇宙溫州外圍（外圍預約）外圍女聯系方式（電話微信199-7144-9724）一二線熱門城市上門重點是宇宙的這一方面，以及當前的拓撲模型和數據是否允許存在這些奇異或非平凡的拓撲結構。
這項研究是期待COMPACT合作的一部分，該合作由一個國際科學家團隊組成。該研究的合著者之一、美國俄亥俄州凱斯西儲大學的Glenn D.Starkman教授向Phys.org介紹了該團隊的工作。
在討論他從事這項工作的動機時，他說：“宇宙具有‘有趣’拓撲結構的可能性完全在我們的標準物理模型范圍內，但通常被認為是奇異的。”
“長期以來，我一直擔心，如果我們只是從另一個方向看，就會錯過關于我們宇宙的一個非凡發現。與此同時，越來越多的證據表明，宇宙不是‘統計各向同性’的，即物理在所有方向上都是一樣的。拓撲是各向異性蔓延到我們宇宙中的一種非常自然的方式。”
宇宙微波背景
CMB是屬于微波光譜的一種輻射。它在20世紀40年代被預測為大爆炸的殘余，1965年被意外探測到。
在大爆炸之后，也就是現在的宇宙是如何存在的，除了在極高的溫度和壓力下的基本粒子和氣體湯，什么都沒有，通常被稱為原始湯。
隨著宇宙的膨脹，它也冷卻了下來。這導致基本粒子結合形成原子。在此之前，光子一直與這些基本粒子相互作用并散射，不允許它們自由傳播。但一旦原子開始形成，光子就可以更自由地傳播，大約在宇宙大爆炸38萬年后。
這標志著CMB的傳播，它被認為是大爆炸的“余輝”。它包含了關于早期宇宙以及導致恒星和星系等大規模結構形成的后續過程的重要信息。
CMB無處不在，在大多數情況下，溫度是均勻的。然而，CMB數據中有一些小的波動和異常現象尚未得到解釋。
PRL研究中的研究人員提出，CMB測量中的這些波動和異常可以通過考慮宇宙的非平凡拓撲來解釋，這意味著我們不必將其視為“平坦的”
宇宙拓撲
拓撲是數學的一個分支，研究物體的形狀和結構。拓撲的規則與幾何的規則大不相同。雖然幾何圖形和拓撲是不同的概念，但幾何圖形會影響拓撲。
幾何定義了空間是如何彎曲的（時空在小尺度上被認為是平坦的），拓撲定義了空間的整體連通性。
如果我們要有平坦的空間，我們就不能有空間向內彎曲或有循環的拓撲。這意味著在兩個點之間旅行，我們必須走一條沒有任何彎路或環路的直線。
Starkman教授解釋道，“宇宙可能就像一個古老的電子游戲，離開屏幕的右側會看到你從左側彈出，所以你可以通過直線路徑回到起點。這被稱為乘法連接。”
從本質上講，直線路徑表明，盡管出現了連續運動，但空間的底層拓撲結構允許意外的連接，在這種連接中，看似線性的軌跡實際上可能會自行循環。
匹配的溫度圈
如果宇宙是“多重連接的”（即具有非平凡的拓撲結構），我們將觀察到匹配的溫度圈。這是因為來自光源（如恒星）的光可以沿著兩條不同的路徑傳播，并從兩個方向到達觀測者（地球）。
這在CMB圖（或熱圖）上留下了類似的溫度波動，從而產生了匹配的溫度圈。然而，沒有證據表明存在這些匹配的溫度圈。
Starkman教授說：“缺乏匹配的溫度圈是告訴我們通過我們的最短閉環的長度，但它并不能告訴我們通過其他地方的環路的長度。”。
CMB數據中沒有匹配的溫度圈，這表明如果存在非平凡的拓撲結構，那么穿過我們所在位置（地球）的環路一定相對較小。
這會限制這些循環的長度。Starkman教授解釋道，“如果CMB異常是由宇宙拓撲結構引起的，那么穿過我們的最短環路的長度不應該比最后一個散射表面的直徑長約20-30%，這個散射表面的半徑等于宇宙歷史上光傳播的距離。”
未來的限制和搜索
鑒于上述限制和對非平凡拓撲的搜索，研究人員提出了未來檢測此類拓撲的其他方法。
特別是，他們提到了CMB數據中溫度波動的統計模式以及宇宙大尺度結構的變化。如果存在非平凡的拓撲結構，這些波動或交替就會暴露出來。
但是，這些檢測需要巨大的計算能力，研究人員建議使用機器學習算法來加快計算速度，并挖掘CMB數據來檢測非平凡的拓撲。
斯塔克曼教授總結道：“在中斷了大約十年后，對拓撲結構的探索將重新開始。希望我們能探測到宇宙拓撲結構，從而了解宇宙各向異性的起源，并了解宇宙最初出現的過程。”。
該研究還強調，即使沒有明確匹配的圓，CMB中統計各向異性（或異常）的存在也表明可能存在關于宇宙結構和拓撲結構的可檢測信息。

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