想象一个宇宙，你可以朝一个方向发射飞船，最终回到起点。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其大小。天文学家托马斯·布切尔特在电子邮件中告诉《生活科学》：“我们现在可以说：我们现在知道宇宙的大小了。”
通过研究来自早期宇宙的光，布切尔特和一群天体物理学家推断出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，就像一个三维的甜甜圈。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，大约450亿光年远。
物理学家使用爱因斯坦的广义相对论来解释宇宙。这种语言将时空的内容与时空的弯曲和扭曲联系起来，然后告诉这些内容如何相互作用。这就是我们如何体验引力的。在宇宙学背景下，这种语言将整个宇宙的内容——暗物质、暗能量、普通物质、辐射和其他所有东西——与其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’（意味着想象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。平坦和开放的宇宙将继续永远膨胀，而封闭的宇宙最终会自行坍塌。
多项观测，特别是来自宇宙微波背景（当我们的宇宙只有38万岁时释放的光），已经明确确定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。但形状不仅仅是几何。还有拓扑，这是形状如何在保持相同几何规则的同时发生变化。
例如，拿一张平坦的纸。它显然是平坦的——平行线保持平行。现在，拿那张纸的两边，卷成一个圆柱体。那些平行线仍然是平行的：圆柱体在几何上是平坦的。现在，拿圆柱形纸的相对两端并连接它们。这形成了一个甜甜圈的形状，这也是几何平坦的。
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——但它们没有告诉我们拓扑。它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与自身相连。
一个完全平坦的宇宙将延伸到无穷远，一个具有多重连接拓扑的平坦宇宙将具有有限的大小。如果我们能确定一个或多个维度是否与自身相连，那么我们就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测来测量宇宙的总体积。
一个多重连接的宇宙会如何揭示自己？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，我们的宇宙比现在小一百万倍，因此如果我们的宇宙确实是多重连接的，那么它更有可能在那时在可观测宇宙的范围内自行包裹。
今天，由于宇宙的膨胀，更可能的是包裹发生在超出可观测极限的尺度上，因此更难检测到。对CMB的观测给了我们最好的机会来看到一个多重连接宇宙的印记。
该团队特别研究了CMB温度中的扰动——物理学术语中的凹凸和摆动。如果我们的宇宙的一个或多个维度与自身相连，扰动不能大于那些循环的距离。它们根本不适合。
正如布切尔特在电子邮件中向《生活科学》解释的那样，“在无限空间中，CMB辐射的温度扰动存在于所有尺度上。然而，如果空间是有限的，那么那些大于空间大小的波长就会缺失。”换句话说：扰动会有一个最大尺寸，这可以揭示宇宙的拓扑。
使用NASA的WMAP和ESA的Planck等卫星制作的CMB地图已经在较大尺度上看到了大量缺失的扰动。布切尔特和他的合作者研究了这些缺失的扰动是否可能是由于一个多重连接的宇宙。
为了做到这一点，该团队进行了许多计算机模拟，模拟如果宇宙是一个三维环面，即数学上称为巨型三维甜甜圈，我们的宇宙在所有三个维度上都与自身相连，CMB会是什么样子。
“因此，我们必须在给定的拓扑中进行模拟，并与观测结果进行比较，”布切尔特解释说。“观测到的CMB波动特性然后显示出超出宇宙大小的尺度上的‘缺失功率’。”
缺失的功率意味着那些尺度上不存在波动。这意味着我们的宇宙在那个尺度上是多重连接的和有限的。
“与被认为是无限的标准宇宙学模型相比，我们发现与观测到的波动更好地匹配，”他补充说。“我们可以改变空间的大小并重复此分析。结果是与CMB观测最匹配的宇宙的最佳大小。我们论文的答案是明确的，有限宇宙比无限模型更好地匹配观测结果。我们现在可以说：我们现在知道宇宙的大小了。”
该团队发现，一个比我们的可观测气泡大三到四倍的多重连接宇宙最好地匹配了CMB数据。虽然这个结果在技术上意味着你可以朝一个方向旅行并最终回到起点，但实际上你无法完成这一壮举。我们生活在一个膨胀的宇宙中，在大尺度上，宇宙以比光速更快的速度膨胀，所以你永远无法赶上并完成循环。
布切尔特强调，结果仍然是初步的。仪器效应也可能解释大尺度上的缺失波动。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。