期待未來的發(fā)現(xiàn):科學(xué)家探索非凡的宇宙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
2025-12-05 23:16:38 [百科] 來源:桑間濮上網(wǎng)

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(fā)現(xiàn)凡noirlab.edu/public/images/CMB。科學(xué)重慶外圍價格查詢(電話微信189-4469-7302)重慶外圍女價格多少
(神秘的家探結(jié)構(gòu)地球uux.cn)據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)(Tejasri Gururaj):在一項新的《物理評論快報》(PRL)研究中,科學(xué)家們探索了宇宙中非平凡或奇異拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的索非可能性,以解釋宇宙微波背景(CMB)中出現(xiàn)的宇宙一些異常現(xiàn)象。
我們的拓?fù)溆钪鎸W(xué)模型基于量子力學(xué)和廣義相對論,處理受物質(zhì)和能量影響的期待宇宙幾何結(jié)構(gòu),在大多數(shù)情況下,發(fā)現(xiàn)凡這些幾何結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是科學(xué)平坦的。
然而,家探結(jié)構(gòu)它對宇宙本身的索非拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只字未提:它是無限的嗎?它有環(huán)嗎?等等。PRL研究的宇宙重慶外圍價格查詢(電話微信189-4469-7302)重慶外圍女價格多少重點是宇宙的這一方面,以及當(dāng)前的拓?fù)淠P秃蛿?shù)據(jù)是否允許存在這些奇異或非平凡的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
這項研究是期待COMPACT合作的一部分,該合作由一個國際科學(xué)家團(tuán)隊組成。該研究的合著者之一、美國俄亥俄州凱斯西儲大學(xué)的Glenn D.Starkman教授向Phys.org介紹了該團(tuán)隊的工作。
在討論他從事這項工作的動機(jī)時,他說:“宇宙具有‘有趣’拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可能性完全在我們的標(biāo)準(zhǔn)物理模型范圍內(nèi),但通常被認(rèn)為是奇異的。”
“長期以來,我一直擔(dān)心,如果我們只是從另一個方向看,就會錯過關(guān)于我們宇宙的一個非凡發(fā)現(xiàn)。與此同時,越來越多的證據(jù)表明,宇宙不是‘統(tǒng)計各向同性’的,即物理在所有方向上都是一樣的。拓?fù)涫歉飨虍愋月拥轿覀冇钪嬷械囊环N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(jì)40年代被預(yù)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(xiàn)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(dǎo)致基本粒子結(jié)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(biāo)志著CMB的傳播,它被認(rèn)為是大爆炸的“余輝”。它包含了關(guān)于早期宇宙以及導(dǎo)致恒星和星系等大規(guī)模結(jié)構(gòu)形成的后續(xù)過程的重要信息。
CMB無處不在,在大多數(shù)情況下,溫度是均勻的。然而,CMB數(shù)據(jù)中有一些小的波動和異常現(xiàn)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?fù)鋪斫忉專@意味著我們不必將其視為“平坦的”
宇宙拓?fù)?br>拓?fù)涫菙?shù)學(xué)的一個分支,研究物體的形狀和結(jié)構(gòu)。拓?fù)涞囊?guī)則與幾何的規(guī)則大不相同。雖然幾何圖形和拓?fù)涫遣煌母拍睿珟缀螆D形會影響拓?fù)洹?br>幾何定義了空間是如何彎曲的(時空在小尺度上被認(rèn)為是平坦的),拓?fù)涠x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(nèi)彎曲或有循環(huán)的拓?fù)洹_@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(huán)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(cè)會看到你從左側(cè)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(zhì)上講,直線路徑表明,盡管出現(xiàn)了連續(xù)運動,但空間的底層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(huán)。
匹配的溫度圈
如果宇宙是“多重連接的”(即具有非平凡的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)),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(dá)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(chǎn)生了匹配的溫度圈。然而,沒有證據(jù)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(huán)的長度,但它并不能告訴我們通過其他地方的環(huán)路的長度。”。
CMB數(shù)據(jù)中沒有匹配的溫度圈,這表明如果存在非平凡的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),那么穿過我們所在位置(地球)的環(huán)路一定相對較小。
這會限制這些循環(huán)的長度。Starkman教授解釋道,“如果CMB異常是由宇宙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)引起的,那么穿過我們的最短環(huán)路的長度不應(yīng)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?fù)涞乃阉鳎芯咳藛T提出了未來檢測此類拓?fù)涞钠渌椒ā?br>特別是,他們提到了CMB數(shù)據(jù)中溫度波動的統(tǒng)計模式以及宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的變化。如果存在非平凡的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),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(jī)器學(xué)習(xí)算法來加快計算速度,并挖掘CMB數(shù)據(jù)來檢測非平凡的拓?fù)洹?br>斯塔克曼教授總結(jié)道:“在中斷了大約十年后,對拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的探索將重新開始。希望我們能探測到宇宙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從而了解宇宙各向異性的起源,并了解宇宙最初出現(xiàn)的過程。”。
該研究還強調(diào),即使沒有明確匹配的圓,CMB中統(tǒng)計各向異性(或異常)的存在也表明可能存在關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可檢測信息。
(責(zé)任編輯:焦點)
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