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標題: 真實宇宙 可能比可見範圍還大250倍以上 [打印本頁]

作者: Ritchie    時間: 2011-2-19 01:10     標題: 真實宇宙 可能比可見範圍還大250倍以上

仰望蒼穹,所見星體所發出的光必定夠近才能抵達地球。目前宇宙論學者推測宇宙年齡約140億年左右,所以應該看不到140億光年以外的任何東西。由於宇宙正在膨脹中,最遠的可見天體(visible universe)必定比比這個數字還遠得多;事實上,宇宙微波背景輻射的光子旅行了45億光年的低溫旅程才抵達地球,所以因宇宙膨脹之故,可見宇宙至少約90億光年。這個數字看來很大,但宇宙應該比這更大,大多數宇宙論學者的問題癥結不在真實宇宙是否比可見宇宙大,而是真實宇宙到底比可見宇宙大多少?

很顯然地,我們無法直接測量宇宙的大小,宇宙論學者僅能利用理論模型來推測宇宙到底有多大。不過不同的宇宙論模型會得出不同的結論。例如:其中一個理論假設在宇宙暴漲期間,是以光速向外快速膨脹,那麼真正的宇宙大小應該比可見宇宙大了10^23倍。這個數字實在太驚人了!而其他理論也都受到一堆變因的影響,特別是宇宙曲率(curvature of the Universe):宇宙到底是封閉的(closed)、平坦的(flat)還是開放的(open);其中後兩種曲率會使得宇宙無限大。因此若能測量宇宙曲率,或許可以找出宇宙大小的上限。

近年來,天文學家想盡辦法要測量宇宙曲率,其中一種方法是測量已知大小的遙遠天體「看起來」的尺寸,如果看起來比真實大小還大,那麼宇宙是封閉的;看起來與真實大小一樣大,宇宙是平坦的;若比較小,則是開放的。天文學家目前知道有種天體可以勝任這個角色,就是凍結在宇宙微波背景輻射(cosmic microwave background,CMB)中、一種稱為「重子聲波震盪(baryonic acoustic oscillation,BAO)」的早期宇宙波動;利用WMAP等太空觀測站便可進行觀測。另外可勝任此工作的天體還有好幾種,例如明亮的Ia型超新星等。

然而,當宇宙論學者檢測所有這些觀測資料以估算宇宙曲率和大小時,還是碰到不同的宇宙理論模型卻會給出不同答案的問題。到底該如何抉擇?牛津大學(Oxford)Mihran Vardanyan等人提出一個突破性的想法,用一種稱為「貝氏模型平均演算法(Bayesian model averaging)的方式,將所有觀測資料帶入,得出一個最簡單的答案。貝式模型平均演算法不看模型與資料的符合度,而是在看在某種觀測資料下的模型正確度有多高;這種自動逼近以剔除複雜模型的演算方式,其實是所謂的奧坎簡化論(Occam's razor)統計法的一種。

這種演算法之前就曾被用在太陽系早期模型中,以地球為太陽系中心的地心論,則觀測資料會愈來愈難以符合這個以地球為中心的理論;但是若以其他方式來解釋地心論,模型會變得愈邋愈複雜,最註明的就是托勒密體系的周轉圓模型。我們現今已知地心論是錯誤的,但宇宙論學者或許就是犯了相同的毛病。利用貝式模型平均演算法進行自動篩選各種宇宙論模型後,Vardanyan等人大致得出宇宙曲率和大小的關鍵條件,而且他們的關鍵條件比其他逼近法的結果還嚴格。

根據Vardanyan等人的結果,宇宙曲率嚴格限制在0左右,換言之,宇宙非常可能是平坦的。Vardanyan等人計算結果得出真實宇宙大小是哈柏體積(Hubble volum)的至少250倍大,與平坦宇宙將是無窮大相去無幾。所謂的哈柏體積類似可觀測宇宙(observable universe)的大小。雖然這個數字大得令人驚訝,可是已經是比其他理論嚴格多了的結果。由於這個統計方式相當簡潔確切,或許將來會廣泛應用在其他宇宙論領域中。





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