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天体物理学家:宇宙实际上可能是超大型3D甜甜圈

更新时间:2021-07-22 11:38

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幻想一个世界,在那里你能够将一艘世界飞船指向一个方向并终究回来到你开端的当地。假如咱们的世界是一个有限的甜甜圈,那么这样的运动是或许的,物理学家或许会丈量它的巨细。

“咱们能够说:现在咱们知道了世界的巨细,”法国里昂大学天体物理研讨中心的天体物理学家 Thomas Buchert 在一封电子邮件中向媒体表明。 

经过查看来自前期世界的光,布赫特和一组天体物理学家揣度,咱们的世界或许是多重衔接的,这意味着空间在一切三个维度上都是关闭的,就像一个三维甜甜圈。

这样的世界是有限的,依据他们的成果,咱们整个世界或许只比可观测世界的极限大三到四倍,间隔咱们大约 450 亿光年。

在世界学布景下,这种言语将整个世界的内容—— 暗物质、暗能量、惯例物质、辐射和一切其他物质——与其全体几许形状联系起来。

几十年来,天文学家一直在争辩这种形状的性质:咱们的世界是“平整的”(意味着设想的平行线将永久坚持平行)、“关闭的”(平行线终究会相交)仍是“敞开的”(这些线会发散) )。

世界的几许形状决议了它的命运。平整而敞开的世界将永久持续胀大,而关闭的世界终究会自行坍缩。

屡次观测,尤其是来自世界微波布景(当咱们的世界只要 380,000 年前史时开释的亮光)的观测,现已坚定地证明咱们日子在一个平整的世界中。平行线坚持平行,咱们的世界将持续胀大。

可是除了几许形状之外,还有更多的形状。还有 拓扑学,即形状如安在坚持相同几许规矩的状况下产生变化。

例如,拿一张扁平的纸。它显然是平的——平行线坚持平行。现在,取那张纸的两条边,把它卷成一个圆柱体。这些平行线仍然是平行的:圆柱在几许上是平的。现在,取圆柱形纸的两头并将它们衔接起来。这使得甜甜圈的形状在几许上也是平整的。

尽管咱们对世界内容和形状的丈量告知咱们它的几许形状——它是平整的——但它们并没有告知咱们拓扑结构。他们没有告知咱们咱们的世界是否是多重衔接的,这意味着咱们世界的一个或多个维度相互衔接。

尽管一个完美平整的世界会延伸到 无穷大,但一个具有多重衔接拓扑的平整世界将具有有限的巨细。假如咱们能以某种方法确认一个或多个维度是否包含在它们本身上,那么咱们就会知道世界在那个维度上是有限的。然后咱们能够运用这些调查来丈量世界的总体积。

可是,一个多重衔接的世界将怎么提醒自己呢?

来自德国乌尔姆大学和法国里昂大学的一组天体物理学家研讨了世界微波布景 (CMB)。当 CMB 被开释时,咱们的世界比今日小一百万倍,所以假如咱们的世界确实是多重衔接的,那么它更有或许在其时的世界可调查范围内包裹自己。

今日,因为世界的胀大,包裹产生的规范超越可观测极限的或许性要大得多,因而包裹会更难被探测到。CMB 的观测为咱们供给了最好的时机,能够看到一个多重衔接的世界的印记。

该团队专门研讨了 CMB 温度中的扰动——动摇和摇摆的独特物理术语。假如咱们世界中的一个或多个维度要与它们自己衔接起来,那么扰动就不会大于这些环周围的间隔。他们底子不适合。

换句话说:扰动会有一个最大规范,这能够提醒世界的拓扑结构。 

用美国宇航局的 WMAP 和欧空局的普朗克等卫星制造的 CMB 地图现已看到了很多缺失的大规范扰动。Buchert 和他的合作者研讨了那些缺失的扰动是否或许是因为多重衔接的世界形成的。

为此,该团队对世界是一个三环面时 CMB 的姿态进行了许多计算机模仿,这是一个巨大的三维甜甜圈的数学称号,咱们的世界在一切三个维度上都与本身相连.

“因而,咱们有必要在给定的拓扑结构中进行模仿,并与调查到的状况进行比较,”Buchert 解说说。“调查到的 CMB 动摇的特性随后在超出世界巨细的规范上显示出‘缺失的力气’。”

缺失功率意味着在这些规范上不存在 CMB 的动摇。这意味着咱们的世界在那个规范上是多重衔接的,并且是有限的。

“与被认为是无限的规范世界学模型比较,咱们发现与调查到的动摇更好的匹配,”他弥补道。

“咱们能够改动空间的巨细并重复这个剖析。成果是世界的最佳巨细与 CMB 观测最匹配。咱们论文的答案显然是有限世界比无限模型更好地匹配观测。咱们能够说:现在咱们知道世界的巨细了。”

该团队发现,一个多衔接的世界比咱们可观测到的气泡大三到四倍,与 CMB 数据最匹配。尽管这个成果在技术上意味着你能够朝一个方向游览并终究回到你开端的当地,但在实际中你将无法真实做到这一点。

咱们日子 在一个不断胀大的世界中,在大规范上,世界正在以比光速更快的速度胀大,所以你永久无法赶上并完结这个循环。

Buchert 着重,成果仍处于初步阶段。仪器效应也能够解说大规范上缺失的动摇。

尽管如此,幻想日子在一个巨大的甜甜圈外表仍是很风趣的。

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

https://www.sciencealert.com/astrophysicists-say-our-universe-could-really-be-a-giant-3d-donut

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