期待未来的发现：科学家探索非凡的宇宙拓扑结构 | {$randkws}热点解读 宇宙微波背景辐射图

宇宙微波背景辐射图。来源：uux.cn欧空局和普朗克兴办组织。noirlab.edu/public/images/CMB。
（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（Tejasri Gururaj）：在一项新的《物理留言快报》（PRL）探究中，科学家们探索了宇宙中非平凡或奇异拓扑结构的或许性，以阐释宇宙微波背景（CMB）中呈现的关于生活，我想说：保留热爱奔赴下一场山海一些异常现象。
我们的宇宙学模型基于量子力学和广义相对论，处理受物质和能量作用的宇宙几何结构，在大多数状况下，这些几何结构被觉得是平坦的。
但是，它对宇宙本身的拓扑结构只字未提：它是无限的吗？它有环吗？等等。PRL探究的朋友圈久别重逢，送给正在努力的你重点是宇宙的这一方面，以及当前的模型和资料是否允许存在这些奇异或非平凡的拓扑结构。
这项探究是COMPACT兴办的一若干，该兴办由一个海外科学家团队组成。该探究的合著者之一、美国俄亥俄州凯斯西储大学的Glenn D.Starkman教授向Phys.org说明了该团队的岗位。
在研究他从事这项岗位的动机时，他说：“宇宙具有‘有趣’拓扑结构的或许性完全在我们的规范物理模型范围内，但通常被觉得是奇异的。”
“持久以来，我一直忧虑，假如我们只是从另一个方向看，就会错过有关我们宇宙的权威抢先体验攻略一个非凡察觉。与此另外，越来越多的证据表明，宇宙不是‘统计各向同性’的，即物理在所有方向上都是一样的。拓扑是各向异性研究到我们宇宙中的一种相当自然的方式。”
宇宙微波背景
CMB是归于微波光谱的一种辐射。它在20世纪40年代被预测为大爆炸的残余，1965年被意外探测到。
在大爆炸之后，也就是如今的宇宙是如何存在的，除了在极高的温度和压力下的基础粒子和气体汤，什么都没有，腾讯游戏最新进展分析通常被称为原始汤。
随着宇宙的膨胀，它也冷却了下来。这导致基础粒子结合形成原子。在此之前，光子一直与这些基础粒子相互作用并散射，不允许它们自由研究。但一旦原子着手形成，光子就可以更自由地研究，大约在宇宙大爆炸38万年后。
这标志着CMB的研究，它被觉得是大爆炸的“余辉”。它包含了有关早期宇宙以及导致恒星和星系等大规模结构形成的后续过程的重大信息。
CMB无处不在，在大多数状况下，温度是均匀的。但是，CMB资料中有一些小的波动和异常现象尚未得到阐释。
PRL探究中的探究人员提出，CMB测量中的这些波动和异常可以经由考虑宇宙的非平凡拓扑来阐释，这意味着我们不必将其视为“平坦的”
宇宙拓扑
拓扑是数学的一个分支，探究物体的形状和结构。拓扑的规则与几何的规则大不一样。尽管几何图形和拓扑是各异的概念，但几何图形会作用拓扑。
几何定义了空间是如何弯曲的（时空在小尺度上被觉得是平坦的），拓扑定义了空间的整体连通性。
假如我们要有平坦的空间，我们就不能有空间向内弯曲或有循环的拓扑。这意味着在两个点之间旅行，我们必须走一条没有任何弯路或环路的直线。
Starkman教授阐释道，“宇宙或许就像一个古老的电子游戏，离开显示屏的右侧会目睹你从左侧弹出，所以你可以经由直线路径回到起点。这被称为乘法连接。”
从本质上讲，直线路径表明，尽管呈现了连续运动，但空间的底层拓扑结构允许意外的连接，在这种连接中，看似线性的轨迹实际上或许会自行循环。
匹配的温度圈
假如宇宙是“多重连接的”（即具有非平凡的拓扑结构），我们将观察到匹配的温度圈。这是由于来自光源（如恒星）的光可以沿着两条各异的路径研究，并从两个方向到达观测者（地球）。
这在CMB图（或热图）上留下了相似的温度波动，从而形成了匹配的温度圈。但是，没有证据表明存在这些匹配的温度圈。
Starkman教授说：“缺乏匹配的温度圈是告诉我们经由我们的最短闭环的长度，但它并不能告诉我们经由其他地方的环路的长度。”。
CMB资料中没有匹配的温度圈，这表明假如存在非平凡的拓扑结构，那么穿过我们所在位置（地球）的环路一定相对较小。
这会限制这些循环的长度。Starkman教授阐释道，“假如CMB异常是由宇宙拓扑结构引发的，那么穿过我们的最短环路的长度不应该比最后一个散射表面的直径长约20-30%，这个散射表面的半径等于宇宙历史上光研究的距离。”
前方的限制和检索
鉴于上述限制和对非平凡拓扑的检索，探究人员提出了前方测试此类拓扑的其他方法。
尤其是，他们谈及了CMB资料中温度波动的统计模式以及宇宙大尺度结构的转变。假如存在非平凡的拓扑结构，这些波动或交替就会暴露出来。
但是，这些测试需要巨大的计算能力，探究人员提议使用机器进修算力来加快计算速度，并挖掘CMB资料来测试非平凡的拓扑。
斯塔克曼教授归纳道：“在中断了大约十年后，对拓扑结构的探索将重新着手。期盼我们能探测到宇宙拓扑结构，从而知晓宇宙各向异性的起源，并知晓宇宙最初呈现的过程。”。
该探究还强调，即使没有明确匹配的圆，CMB中统计各向异性（或异常）的存在也表明或许存在有关宇宙结构和拓扑结构的可测试信息。