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在宇宙的全局“拓扑”特征中，可能存在着不可收缩的闭合环路，如果我们能够沿着这些环路，在某个方向上走得足够远，就有可能回到起点。
宇宙大尺度结构。由气体和暗物质构成的宇宙蛛网结构横亘数十亿光年。NASA
有一门专门研究空间连接方式的学问，叫“宇宙拓扑学（cosmic topology）”。这门学问中的部分观点认为，宇宙在其最大的尺度上，有可能是闭合循环的。如果飞船在一个方向上飞得足够久，理论上它有可能回到起点。
主流理论认为，我们的宇宙在所有方向上是无限且平坦的。但是在宇宙的“全局拓扑（global topology）”，也就是时空在最大尺度上的连接方式面前，这一公理却有可能部分甚至全面失效。
近日发表在《自然：天文学》杂志上的一篇论文指出，在宇宙的全局“拓扑”特征中，可能存在着不可收缩的闭合环路，如果我们能够沿着这些环路，在某个方向上走得足够远，就有可能回到起点。
研究人员认为，宇宙微波背景辐射（CMB）和宇宙物质的三维分布中，可能隐含着宇宙的拓扑学特征，这些特征有可能在最大尺度上打破宇宙的同质性。
宇宙微波背景辐射是我们可观测到的最久远的电磁辐射。它是宇宙诞生之后约38万年时产生的，是最后一次与物质相互作用的光。光子在那次退耦事件之后，便几乎再也没有与物质发生耦合。它们一路穿越膨胀的时空，直到今天进入人类的望远镜。因此我们看到的实际上是婴儿期宇宙的“快照”。
人类首次探测到宇宙微波背景辐射是在上世纪60年代。而现在，宇宙学家已经有了足够灵敏的技术，在这张“快照”中挖掘那些能够帮助他们发现宇宙拓扑学特征的细节。
现代宇宙拓扑学开创于上世纪90年代末。进入21世纪后，人们利用“威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）”等，在高质量的宇宙微波背景数据获取方面获得了巨大进展。
而参与此次研究的约20位科学家组建了一个名为COMPACT的科研团队，试图通过将现有观测结果纳入数学理论框架，来描述我们宇宙可能拥有的各种拓扑结构。
要识别宇宙的拓扑结构，仅靠微波背景数据中的异常还远远不久。人们必须借助顶尖天文望远镜，了解宇宙各部分的三维空间关系。通过尽可能广泛的观测，寻找隐藏其间的“重复”模式。
这里所谓的“重复”，在最简单的情况下，指的是天空中可能会出现的重复图案。这意味着天空中看似相隔遥远的两个区域，实际上可能彼此靠近。就宇宙微波背景而言，则意味着天空中的某个图案，可能与远处的另一个图案完全相同。
也就是说，假设宇宙是个巨大的三维甜甜圈。在这个甜甜圈上，沿特定方向持续飞行，不仅能绕回起点，还会出现环绕甜甜圈管道前行的特殊回路。我们如果能够在微波背景辐射中发现周期性重复的图案，那么这些图案就能成为存在这种特殊回路的拓扑学证据。
因此如果宇宙中存在这样的结构，那么我们就可能在天空中发现分处遥远空间的两端，却互为镜像的星系影像。
但是即便确实存在这种结构，要观测到这样的现象也极其困难。因为这样的环状结构规模必然极为庞大，以致于它们之间，以及它们与我们之间的距离都过于遥远，我们无法同时看到这些孪生影像。也就是说，这类大尺度拓扑学现象可能会永远超越人类的观测极限。
幸运的是，可能并非所有证据都遥不可测。部分证据可能就隐藏在现有的数据中。研究人员表示，未来我们可以通过观测宇宙微波背景，对星系等大尺度结构示踪物的分布和运动数据进行测绘，来收集宇宙拓扑学的证据。
但是如果宇宙远大于宇宙微波背景辐射的球面，那么我们可能就永远也无法知道宇宙的形状了。
宇宙微波背景辐射。NASA
参考
The Topology of the Universe
https://arxiv.org/pdf/2606.24886
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