宇宙可能拥有比甜甜圈还复杂的拓扑结构。

宇宙可能拥有比甜甜圈还复杂的拓扑结构。ESO

假如我们在地球上沿着地表一直往前走，就会回到起点。这是因为地球是球形的，地球表面其实是个曲面。

那么在宇宙中呢？假如我们一直朝着一个方向飞行，是不是也有可能回到起点？这是一个非常让人着迷的想法，因为这意味着宇宙可能并非如人下意识认为的那样，是一个平直的空间。

宇宙可能如地球那样是一个球体，是一个弯曲而封闭的空间。在这个球体内，任何封闭路径都可以缩小为一个点。比如我们绕着地球的赤道走一圈，那么这个闭合回路，可以通过将其转移到北极或南极来缩小。

然而宇宙的拓扑结构也有可能并非如此简单。

有人认为，宇宙可能像一个甜甜圈。这是一种复杂的拓扑结构。虽然任何向前的路径最终也都会从背后回到起点，但是受孔洞限制，我们无法将环绕甜甜圈中心的回路缩小为一个点。

为了验证宇宙的拓扑结构是否复杂，有科学家已经开始搜集与之相关的证据。比如在宇宙微波背景中寻找是否有相同的特征同时出现在不同的位置。如果宇宙拥有复杂的拓扑结构，那么同一个光环可能会在天空中不同的地方出现，或者在不同的光斑之间存在微妙的相关性或相似性。

到目前为止人们还没有发现任何表明宇宙拥有复杂拓扑结构的证据。但是也有理论物理学家认为这是因为我们早先只考虑了复杂拓扑结构中的一小部分。

这一小部分中已经包括了一些基本的结构，比如一种所谓的“3维环面”，它像是像3维版本的吃豆人游戏，从这个立方体一面消失的物体总是会在另一面出现。而对于其他更多的复杂拓扑结构，以及这些拓扑结构的变种，人们依然缺乏关注。比如一些变种结构的形态可能是扭曲的。在这样的宇宙中，从一面消失的物体也会在另一面出现，但会旋转180度。

发表在上个月26日《物理学评论快报》上的一篇论文中，科学家对宇宙可能拥有的17种复杂拓扑结构进行了研究。

研究人员评估了这些拓扑结构可能会在宇宙微波背景中留下什么样的印记，并希望未来能够在宇宙微波背景中识别这些印记。挑战在于，要在微波背景中识别这些印记需要巨大的算力。研究人员还计划在未来的星系巡天数据，比如欧空局欧几里得太空望远镜公布的数据中寻找相关证据。

事实上，宇宙微波背景中的一些古怪特征已经在暗示我们一些什么。比如人们发现，宇宙微波背景并不如人们一直以为的那样具有各向同性。这种不对称是一个巨大的谜，但或许可以用宇宙拥有某种复杂的拓扑结构加以解释。

参考

Promise of future searches for cosmic topology

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.171501

来自：星空天文