宇宙是一个贝果？
原创 NEWBULA 新经济发展研究院
事实上，早在2008年《Nature》便报道了“贝果”这一可能的宇宙形状，贝果宇宙并非只是空想。
假如宇宙真的如同贝果一般，那么事情就变得有趣了。
贝果表面散落的芝麻、洋葱、白砂糖等颗粒神似宇宙的各类天体结构，而宇宙膨胀一说也可以从面团发酵膨胀中看到相似点。这一神奇形状在第95届奥斯卡最佳影片《瞬息全宇宙》中得到展现。
此时的贝果成为了虚无的象征，它是能够吞噬一切的黑洞形象。那么宇宙真是一个贝果吗？
让我们先从它的大小说起。
宇宙很大，究竟有多大？我们对于宇宙的了解或第一印象是，——很大！
究竟有多大，尽管仍未可知，但可以通过一组对比来直观感受。
挑战人类生理极限的马拉松约42公里，而地球赤道处的周长约40075公里，绕地球一圈需要跑954个马拉松，地球之于人类已然是降维打击。
地球作为一个行星，隶属于太阳系，太阳作为太阳系的中心，也是太阳系的唯一恒星，其体积是地球的130万倍。地球距离太阳的距离被定义为一个天文单位，约为15000万公里。对比太阳，地球也显得微不足道。
尽管太阳系已足够宏伟，但它仍然隶属于更高一级的天体结构——银河系。银河系自内向外分别由银心、银核、银盘、银晕和银冕组成。其中银盘的直径达到100,000光年，而太阳系围绕银河系中心的公转周期为2.7亿年，银河系中类似太阳的恒星数量约在1000亿至4000亿之间，太阳也只是银河系的沧海一粟。
银河系研究表明，银河系正在以约600 km/s的速度朝一个方向飞奔，某种意义上银河系正在带着地球“流浪”。在整体移动的同时，银河系两侧的恒星却有着每秒数百公里的速度差，这意味着在宇宙的某处有个远超银河系质量的引力源正在拉拽着银河系。这便引出了银河系的上级天体系统——质量相当于10万个银河系的拉尼亚凯亚超星系团。
宇宙目前已知的最大结构是大尺度纤维状结构，拉尼亚凯亚超星系团不过是这一结构中的一个节点。通过这组对比，我们已经能感受到宇宙天体系统之庞大，但这仍然只是已被证实的宇宙空间。
更多人认为，在人类的认知以外，我们所处的宇宙是浩瀚无垠的。
可观测宇宙地图宇宙越大也越体现蓝星的生命之可贵。对宇宙而言，人类无疑是渺小的，但无疑也是伟大的，文明的孕育、诞生和发展更是印证着地球的“潜力股”形象。
宇宙中的贝果，有趣的巧合宇宙的庞大与“贝果宇宙论”拥有广泛拥趸之间到底是个什么关系？
首先我们来看一张图片。
第一张黑洞真实图像，发表于2019年 EHT假如不告诉你这是什么，你会将它同什么事物联系起来？
大概率是——贝果。
实际上这是人类有史以来绘制的第一张黑洞图像。2019年该图像由事件视界望远镜（Event Horizon Telescope, EHT）的研究人员公布，这是一个位于室女座星系团中的Messier 87（M87）黑洞。
贝果同M87黑洞的直观对比接着看另一张图片，从极区的天顶视角来看，绚丽夺目的极光像是被咬了一口的贝果。假如你的愿望清单中有一项是去看美丽的极光，请带上贝果吧，也许会别有一番风味。
NOAA极光预测图
“神似”就能支撑“贝果宇宙论”了？宇宙真的如同贝果一般吗？也许可以从黑洞的图像出发探讨神奇的贝果形态。
首先我们要知道什么是黑洞。
黑洞并非一个空洞，而是物质极其密集的天体，相比于它的巨大质量，其体积反而显得微不足道，因此黑洞就具有了难以想象的强大引力，从而吞噬其他物质。
那么为什么称之为黑洞呢？又或者说黑洞为何是黑的，看不见的？答案同样来源于它的强大引力。黑洞能够捕捉光子，光线无法在黑洞中逃逸，它不反射任何东西，因此本质上黑洞就是看不见的。
黑洞引力透镜，揭示引力扭曲空间光线既然黑洞是看不见的，为何EHT的图像显示黑洞具有颜色？
事实上，黑洞扭曲了它周围的空间，其强烈的引力场捕获光线导致无法直接看到，但黑洞仍然具有作用范围，遥远的M87黑洞显然不会对地球有直接的影响。
当足够多的光线在黑洞周围被扭曲后，就会形成圆形轨道或光环，即称为吸积盘。
空间光线在临近黑洞时被扭曲，那实际的情况应该是一个被发光的光球包裹的黑洞才对啊？
正解！一针见血！但就像是小学学习三视图一样，观测的黑洞和实际的黑洞之间是有区别的。
从观测的角度来看，我们只能看到那些在黑洞周围轨道上逃脱的并直接飞向我们的光子，这实际是对应球壳的圆形截面，对我们来说它看起来就像是一个发光的“贝果”。
黑洞周围可观测特征示意图然而，黑洞图像的背后远不止一个贝果这么简单。
宇宙的形状宇宙的形状？
简单！走出宇宙外面看看不就好了，再不济多转几圈描绘全貌，解决！
注意，以上是幻想时间！
宇宙对于人类来说，颇有“不识庐山真面目，只缘身在此山中”的感觉，只不过此“山”注定无法翻越。那岂不是人类永远不会知道宇宙的真实面貌？非也。人类最不缺乏的就是理解推断能力，理论+观测给予了我们理解宇宙的可能。
根据爱因斯坦的广义相对论，空间是客观存在的，且空间是可扭曲的。而宇宙学原理告诉我们，宇宙尺度上空间任一点都是相同的，那么宇宙空间应当拥有一个唯一的曲率，曲率便意味着宇宙的形状。
理论上来说，宇宙只能以三种形式存在，分别对应曲率大于0、小于0或是等于0这三种情况。
如果宇宙的密度大到使得引力足以克服膨胀力，那么宇宙就会弯曲成一个球，即正曲率下的闭合模型。你会发现此时宇宙是有限的，尽管它没有开放边界。
如果宇宙的密度很低，引力不足以克服膨胀力，空间便会朝相反的方向扭曲，类似于马鞍形，即负曲率下的开放宇宙。
而如果宇宙的密度引力恰好抵消掉膨胀力呢？此时宇宙似乎没有正向亦或是负向的弯曲，也就是说它是“平”的，注意这是三维的平坦空间，并非你所想象的一张白纸那样的平。
曲率的测量最终寄托于宇宙微波背景辐射（CMB）中，作为宇宙大爆炸的产物，CMB应当会受到宇宙曲率的影响。此前根据威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）的数据结果，得出的结论是，宇宙并不存在曲率，即宇宙是“平”的。然而，2019年发表于《Nature Astronomy》的一篇文章指出普朗克卫星的测量结果似乎又将宇宙指向为球形封闭空间，但很快相应的分析则表明并没有明显的证据证实曲率为正。所以，目前而言，宇宙似乎更像是一张三维的“纸”。
宇宙的有趣，我很在意对宇宙的研究往往会让人陷入沉思，当你尝试完全理解宇宙，你会发现这不“科学”。就像是宇宙这么大，那它从何而来？又将归于何处呢？
我们经常会感叹大自然的鬼斧神工，宇宙又何尝不是呢，在这里，每一个星系，每一个星球都是独一无二的。
更引人遐想的是，此时此刻，也许在宇宙的某处有着同人类一样的智慧生命也在思考着宇宙的奥秘。
不管是贝果一般的黑洞，还是煎饼一般的银河系，无不透露着人类在看待宇宙时的乐观心态。
尽管对于宇宙而言地球就像是一颗微不足道的沙粒，但也正因如此，那浩瀚飘渺的星辰大海才更加让人心生向往。
以短暂之一生窥宇宙之永恒，又何尝不是一种浪漫呢。
文章参考来源
[1] Cunha, Pedro V.P.; Herdeiro, Carlos A.R. (2020). Stationary Black Holes and Light Rings. Physical Review Letters, 124(18), 181101–. doi:10.1103/PhysRevLett.124.181101.
[2] Luminet, J.-P. et al. Dodecahedral space topology as an explanation for weak wide-angle temperature in the cosmic microwave background. Nature, 425, 593 - 595, doi:10.1038/nature01944 (2003).
[3] Merali, Z. Doughnut-shaped Universe bites back. Nature (2008). https://doi.org/10.1038/news.2008.854
[4] 翟向华. 膨胀宇宙的几个未解之谜 [J]. 世界科学, 2021, (05): 30-32.
[5] Di Valentino, E., Melchiorri, A. & Silk, J. Planck evidence for a closed Universe and a possible crisis for cosmology. Nat Astron 4, 196–203 (2020). https://doi.org/10.1038/s41550-019-0906-9
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原标题：《宇宙是一个贝果？》