宇宙并不是无限的(宇宙不是什么)

宇宙不是无限延伸的，而是像一个巨型甜甜圈一样卷曲

我们生活在什么样的宇宙中？这个问题困扰着科学家们数十年。现有的观测结果表明，我们的宇宙是平坦且无限延伸的，就像一张白纸一样。但最近，一些天体物理学家提出了一个更奇特的可能性：我们的宇宙可能是有限且多重连通的，类似于一个三维环面——也就是说，一个巨大的甜甜圈。

这个惊人的假设来自对早期宇宙遗留下来的光——也就是所谓的“ 宇宙微波背景辐射 ”（CMB）——进行精密分析。CMB 是大爆炸发生后约38万年时释放出来的光，在天空中呈现出温度上微小而复杂的波动。这些波动蕴含着关于我们所处时空几何形状和拓扑结构等重要信息。

几何形状指空间内部点之间距离和角度等性质；拓扑结构指空间在连续变形下保持不变或者可以通过剪切和粘贴改变成其他空间等性质。例如，在二维空间中，平面、球面和马鞍面具有不同几何形状；而平面、圆柱面和环面具有相同几何形状但不同拓扑结构。

根据 CMB 的观测结果，科学家们已经基本确定了我们所处空间（即三维空间）具有平坦且无限延伸（即欧氏几何）这样一种几何形状。然而，在拓扑结构方面，则没有那么明确。事实上，在 CMB 的数据中存在一些异常现象 ，比如缺少大尺度上温度涨落相关性 ，这些异常现象难以用标准模型解释。

为了寻找更好地符合观测数据并解释异常现象 的模型，一些天体物理学家开始考虑更复杂和奇异的拓扑结构。其中一个可能性就是我们的宇宙是一个三维环面，也就是说，它在所有三个维度上都与自身相连，形成了一个巨大的甜甜圈。

这样的宇宙既符合平坦几何形状的要求，又具有有限的大小。如果我们能以某种方式确定一个或多个维度是否闭合于它们自身，那么我们就会知道宇宙在那个维度上是有限的。然后我们可以使用这些观察来测量宇宙的总体积。

但是，一个多重连接的宇宙将如何揭示自己呢？天文学家发现了一种方法：利用 CMB 的温度涨落相关性函数。这个函数描述了任意两点之间温度涨落的相关程度，并且与两点之间的角距离有关。

如果我们生活在一个无限大且简单拓扑结构（即欧氏空间） 的平坦宇宙中，那么任何角距离上都应该存在温度涨落相关性。然而，如果我们生活在一个有限且多重连接（即非欧氏空间） 的平坦环面上，那么一些温度涨落模式会被抑制掉，因为他们不适合这样一个卷曲空间。换句话说，在某些角距离上，温度涨落相关性会消失或者变弱。

根据普朗克卫星收集到的 CMB 数据 ，天文学家发现，在60°到140°之间的角距离上，温度涨落相关性确实很低或者不存在。为了解释这一现象，他们对三维环面模型进行了计算机模拟，并与实际观测进行比较。结果显示，在这种模型下，当 宇宙大小约为可观测极限（约420亿光年） 的3到4倍时 ，模拟得到的温度涨落相关性函数最接近实际观测。

这意味着，在这样一个甜甜圈状的有限空间中行走或者飞行时，如果时间足够长或者速度足够快，你可能会回到你出发时所在位置附近，并看到你自己年轻时候留下来的影像。这就像是在一个巨大的镜子中看到自己的反射，只不过这个镜子是由时空本身构成的。

当然，这种情况在现实中很难发生，因为我们生活在一个不断膨胀的宇宙中，在大尺度上，宇宙正在以比光速更快的速度膨胀，所以你永远无法赶上并完成这个循环。而且，如果你真的能看到自己年轻时候的影像，那么你也会被自己年轻时候看到，并形成一个无限循环。这显然是不符合因果律和物理定律的。

因此，甜甜圈状宇宙模型还存在一些问题和困难，需要更多的观测数据和理论分析来验证或者否定。目前科学界还没有达成共识，也没有放弃其他可能性。例如，有些科学家认为 CMB 的异常现象可以用其他方式解释 ，比如仪器效应或者暗能量等。

未来几年内，有一些新的观测计划正在进行或者即将开始 ，比如西蒙斯天文台、欧几里得号卫星等。这些计划将提供更高精度和更广泛覆盖 的 CMB 数据，帮助我们揭开宇宙形状之谜。

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