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那么咱们应该能够检测到它的体式博鱼Boyu官方

发布日期:2024-06-10 13:07    点击次数:99

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与其说天地延长到无限远,不如说它可能有一个不错最终映射的拓扑结构。

咱们可能生存在一个甜甜圈里。这听起来像是《辛普森一家》中的虚幻场景,但这可能是扫数这个词天地的体式——的确地说,是数学家称之为三维环面(3-torus)的高维甜甜圈。

这只是天地拓扑结构的稠密可能性之一。“咱们正在尝试找出空间的体式,”马德里表面物理商榷所的Yashar Akrami说。他是一个名为Compact(即格外与天地拓扑的不雅察、模子和预测配合)的海外合作团队的成员。本年五月,Compact团队解释说,天地体式的问题照旧未解,并瞻望了畴昔的商榷远景。

“这是高风险高陈诉的天地学,”伦敦帝国理工学院的天地学家Andrew Jaffe说。“若是咱们找到什么,我会相当骇怪,但也会极其欢畅。”

物体的拓扑结构界说了它的各部分是若何皆集的。甜甜圈的拓扑结构与茶杯疏导,孔格外于茶杯的把手:你不错将一个粘土甜甜圈再行塑变成茶杯体式而不扯破。相通,球体、立方体和香蕉的拓扑结构疏导,都莫得孔。

扫数这个词天地可能有体式的思法很难思象。除了拓扑结构,还有另一个方面:曲率。1916年,Albert Einstein在他的广义相对论中标明,空间不错被弘大物体周折,形成引力。

思象一下空间是二维的,就像一张纸,而不是扫数三维空间。平坦的空间像一张平坦的纸,而周折的空间可能像球体的名义(正曲率)或马鞍(负曲率)。

这些可能性不错通过简便的几何学来分辨。在一张平坦的纸上,三角形的角度之和必须是180度。但在周折的名义上,情况就不同了。通过相比远处物体(如星系)的的确大小和表不雅大小,天文体家不错看到咱们的天地举座上似乎是接近平坦的:它像一张平坦的纸,上头布满了小凹痕,每颗恒星都会歪曲其周围的空间。

“知说念曲率是什么,你就知说念可能的拓扑结构类型,”Akrami说。平坦的空间不错无限延长,就像一张无限大的纸。这是最无趣、最简便的可能性。但平坦的几何结构也稳妥一些天地学家委婉地称之为“非普通”的拓扑结构,这些拓扑结构要酷好酷好得多,而且可能让东说念主难以剖判。

出于数学原因,的确地说,有18种可能性。一般来说,它们对应于天地具有有限体积但莫得界限:若是你旅行进取天地的范例,你最终会回到起原。这就像一个电子游戏的屏幕,变装从最右边退出后又从最左边再行出现——就像屏幕被扭成了一个圈。在三维空间中,最简便的这种拓扑结构是三维环面:就像一个盒子,从任何一面出去,你会从相对的一面再行参加。

若是你能看遍扫数这个词天地,你会看到无穷方朝上的宽敞自我,就像一个三维的镜厅。

这种拓扑结构有一个奇怪的含义。若是你能看到扫数这个词天地——这需要光速是无限的——你会在各个方朝上看到宽敞的我方,就像一个三维的镜厅。其他更复杂的拓扑结构亦然基于疏导的主题,举例图像会略略偏移——你在不同的地点再行参加盒子,或者可能被歪曲成傍边相悖。

若是天地的体积不大,咱们粗略不错看到这种叠加的图像——比如咱们星河系的精准副本。“东说念主们驱动通过寻找星河系的图像来商榷相当小范例的拓扑结构,”Jaffe说。但这并非彻底简便,因为光速有限——“你必须寻找它们在很久往时的式样”——是以你可能无法认出叠加的图像。而且,咱们的星河系在迁移,是以副本不会在咱们咫尺所在的位置。而且一些更奇特的拓扑结构也会使其发生偏移。总之,天文体家还莫得看到任何这么的天地叠加闲暇。

另一方面,若是天地确凿弘大但并非无限,咱们可能恒久无法分辨这两者,Akrami说。但若是天地在某些方朝上是有限的,况兼不比咱们能看到的最远距离大得多,那么咱们应该能够检测到它的体式。

其中一个最好方法是不雅察天地微波布景辐射(CMB):这是大爆炸留住的细微热辐射,充满了扫数这个词天地。1965年头次探伤到CMB,它是大爆炸发生的要津凭据之一。它在扫数这个词天地中险些均匀散布。但跟着天文体家开导出越来越精准的千里镜来探伤和绘画它在太空中的散布,他们发现这些微波海洋的“温度”存在狭窄的相反。这些相反是早期天地就地温度相反的留传——这些相反有助于结构的出现,使得物资在天地中不像黄油涂在面包上那样均匀散布。

因此,CMB是一张咱们今天能不雅察到的最早期天地面貌的舆图(约莫100亿年前),它在咱们周围的太空上留住了印章。若是天地有产生某些或扫数方朝上的复成品的非普通拓扑结构,况兼它的体积不显耀大于咱们看到的CMB投影的球体,那么这些复成品应该会在温度相反中留住陈迹。两块或更多块区域会匹配,像指纹的叠加一样。但这并破损易检测,因为这些相反是就地且细微的,况兼一些拓扑结构会使复成品发生偏移。尽管如斯,咱们不错在狭窄温度相反的统计数据中寻找它们是否就地。这是寻找模式,就像交往员寻找股市波动中的非就地性一样。

Compact团队仔细商榷了找到任何东西的契机。尽管在CMB舆图上还莫得看到非就地模式,但也莫得被抹杀。换句话说,许多奇特的天地拓扑结构仍然彻底稳妥不雅测数据。“咱们并莫得像一些东说念主之前合计的那样抹杀那么多酷好酷好的拓扑结构,”Akrami说。

外界的众人也欢喜这一不雅点。蒙大拿州博兹曼市的Montana State University的天体物理学家Neil Cornish说:“往时的分析并莫得抹杀由于天地具有非普通拓扑结构而可能产生的可不雅察到的效应。”20年前,他提议了一种这么的分析方法。德国巴登-符腾堡州乌尔姆大学的天文体家Ralf Aurich也说:“我合计非普通拓扑结构仍然相当有可能。”

可是,思象天地可能具有某种歪曲的甜甜圈体式而不是最简便的无限大小的拓扑结构,难说念不是有点反常吗?不一定。从无到有的天地大爆炸是一大步。“创造小东西比创造大东西容易,”Jaffe说。“是以创造某种方法紧凑的天地更容易——而非普通拓扑结构不错竣事这极少。”

此外,有表面上的原因怀疑天地是有限的。没相对于天地发源的公认表面,但其中最流行的框架之一是弦表面。但面前版块的弦表面预测天地不应该只好四个维度(空间三个,加上时刻),而是至少有10个维度。

弦表面家合计,其他扫数维度可能都变得高度“紧致”:它们如斯之小甚而于咱们彻底感受不到它们。但为什么只好六个傍边的维度变得有限而其他维度保握无限?“我合计领有一个紧凑的天地比领有四个无限维度和其他紧凑的维度更当然,”Akrami说。

“发现一个紧凑的天地将是东说念主类历史上最惊东说念主的发现之一,”Barnard College的天地学家Janna Levin说。这即是为什么这么的搜索“尽管可能会让东说念主失望,但仍然值得。”不外,若是她必须下注,她补充说念:“我会赌一个小天地。”

咱们会知说念谜底吗?“天地很可能是有限的,但拓扑范例大于咱们不错通过不雅测探伤到的限制,”Cornish说。但他补充说,CMB模式中的一些奇怪特征“恰是你在有限天地中会盼望的那种,是以值得进一步探伤。”

问题在于寻找CMB中的模式,Cornish说,由于18种平坦拓扑结构中的每一种都不错变化,“存在宽敞种可能性,每一种都有我方私有的预测,因此不成能一皆尝试。”也许咱们能作念的最好方法是决定哪些可能性看起来最有可能,然后望望数据是否稳妥这些可能性。

Aurich说,一个名为CMB stage 4的海外式样狡计鼎新CMB舆图,使用位于智利和南极洲的十几个千里镜,这将有助于这一跟踪。但Compact商榷东说念主员怀疑,除非咱们很运气,不然单靠CMB可能无法最终回复拓扑结构问题。

不外,他们说,还有许多其他天文数据不错使用:不单是是CMB舆图上的“球面”,还有其里面的空间。“天地中的一切都受拓扑结构影响,”Akrami说。“理思的情况是联接扫数可不雅察到的数据,但愿能取得一个刚劲的拓扑信号。”团队但愿能够检测到这个信号,或者评释注解它是不成能的。

咫尺使用或正在成就的几种仪器将填补可不雅测空间体积内的更多细节,举例旧年放射的欧洲航天局的欧几里得空间千里镜,以及在澳大利亚和南非成就的SKA天文台(前身为平方公里阵列)。“咱们思要对天地中的扫数物资进行普查,”Jaffe说,“这将使咱们能够剖判空间和时刻的举座结构。”

若是咱们奏效了——若是天地拓扑结构使得天地是有限的——Akrami思象有一天咱们会有一个雷同Google Earth的扫数这个词天地舆图:一张对于一切的舆图。

本文译自 The Guardian博鱼Boyu官方,由 BALI 剪辑发布。



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