天体物理学家认为宇宙实际上是一个巨大的3D甜甜圈
想象一个宇宙，在那里你可以将一艘宇宙飞船指向一个方向前进，最终返回到你开始的地方。如果我们的宇宙是一个有限的甜甜圈，那么这样的运动是可能的，物理学家可能会测量它的大小。
法国里昂大学天体物理研究中心的天体物理学家托马斯·布切特表示：“我们可以说：现在我们知道了宇宙的大小。”
通过研究来自早期宇宙的光线，布切特和一组天体物理学家推断，我们的宇宙可能是多重连接的，这意味着空间在所有三个维度上都是封闭的，就像一个三维甜甜圈。
这样的宇宙是有限的，根据他们的结果，我们的整个宇宙可能只比可观测宇宙的极限大三到四倍，距离我们大约 450 亿光年。
物理学家使用爱因斯坦广义相对论的语言来解释宇宙。这种语言将时空的内容之物与时空的弯曲和扭曲联系在一起。然后，时空的弯曲和扭曲告诉这些内容之物如何相互作用。这就是我们体验地心引力的方式。
在宇宙学的背景下，这种语言将整个宇宙的内容之物 —— 暗物质、暗能量、常规物质、辐射和其他一切，与它的整体几何形状联系起来。
几十年来，天文学家一直在争论这种形状的性质：我们的宇宙是“平坦的”（意味着假想的平行线将永远保持平行）、“封闭的”（平行线最终会相交），还是“开放的”（这些线会发散） 。宇宙的几何形状决定了它的命运。平坦的和开放的宇宙会继续永远膨胀，而封闭的宇宙最终会向自身内部坍缩。
经过多次观测，特别是从宇宙微波背景（我们的宇宙只有38万年的时候发出的闪光），已经坚定地认为我们生活在一个平坦的宇宙中。平行线保持平行，我们的宇宙将继续膨胀。
但是除了几何形状之外，还有更多的形状。还有拓扑结构，即形状如何在保持相同几何规则的情况下发生变化。
举个例子，拿一张扁平的纸。它显然是平的 —— 平行线保持平行。现在，取那张纸的两条边，把它卷成一个圆柱体。这些平行线仍然是平行的：圆柱在几何上是平的。现在，取圆柱形纸的两端并将它们连接起来。这使得甜甜圈的形状在几何上也是平坦的。
虽然，我们对宇宙内容和形状的测量告诉我们它的几何形状 —— 它是平坦的 —— 但它们并没有告诉我们拓扑结构。他们没有告诉我们，我们的宇宙是否是多重连接的，这意味着我们宇宙的一个或多个维度相互连接。
一个完全平坦的宇宙会延伸到无穷远，而一个平坦的宇宙具有多重连通的拓扑结构，其大小将是有限的。如果我们能以某种方式确定一个或多个维度是包裹在自己身上的，那么我们就会知道宇宙在这个维度上是有限的。然后我们可以利用这些观测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？
来自德国乌尔姆大学和法国里昂大学的一组天体物理学家研究了宇宙微波背景（CMB）。当 CMB 被释放时，我们的宇宙比今天小一百万倍，所以如果我们的宇宙确实是多重连接的，那么它更有可能在当时的宇宙可观察范围内包裹自己。
今天，由于宇宙的膨胀，包裹发生在超出可观察极限的尺度上的可能性要大得多，因此包裹会更难被探测到。 CMB 的观测为我们提供了最好的机会，可以看到一个多重连接的宇宙的印记。
研究小组特别关注了宇宙微波背景辐射温度中的扰动，这是一个奇特的物理学术语，指的是颠簸和摆动。如果我们宇宙中的一个或多个维度与它们自己连接起来，扰动不会比环绕这些环的距离更大。它们根本就不适合。
天体物理学家解释道：“在无限空间中，宇宙微波背景辐射的温度扰动存在于各种尺度上。然而，如果空间是有限的，那么就会有比空间大小更大的波长缺失。” 换句话说：微扰动会有一个最大尺寸，这可能会揭示宇宙的拓扑结构。
用美国宇航局的 WMAP 和欧空局的普朗克等卫星制作的 CMB 地图已经看到了大量缺失的大尺度扰动。 托马斯·布切特和他的合作者研究了这些遗漏的微扰动是否可能是由于一个多重连接的宇宙造成的。
为了做到这一点，研究小组对CMB进行了许多计算机模拟，如果宇宙是一个三维环面，这是一个巨大的三维甜甜圈的数学名称，我们的宇宙在所有三个维度都与自己相连。
托马斯·布切特解释道：“因此，我们必须在给定的拓扑结构中进行模拟，并与观察到的情况进行比较。观察到的宇宙微波背景辐射波动的特性，显示了一种超越宇宙大小的'缺失的能量’。”
功率缺失意味着CMB中的波动在这些尺度上不存在。这也意味着在这个尺度上我们的宇宙是多重连接的，并且是有限的。
为此，他补充说：“与被认为是无限大的标准宇宙模型相比，我们发现与观测到的波动更匹配。我们可以改变空间的大小，然后重复这种分析。结果是，宇宙的最佳大小与CMB的观测结果最匹配。我们论文的答案显然是，有限宇宙比无限模型更符合观测结果。因此，我们可以说：现在我们知道了宇宙的大小。”
研究小组发现，一个比我们可观察到的气泡大三到四倍的多重连接宇宙，与CMB的数据最吻合。虽然从技术上讲，这个结果意味着你可以朝一个方向旅行，最终回到出发的地方，但在现实中，你不可能真正做到这一点。
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，所以你永远不可能赶上并完成这个循环。
布赫特强调，结果仍是初步的。仪器效应也可以解释大尺度上缺失的波动。
尽管如此，想象生活在一个巨大的甜甜圈表面还是很有趣的。