转贴自 http://tamweb.tam.gov.tw/bew/TW/content.asp?mtype=c2&idx=429 仰望苍穹,所见星体所发出的光必定够近才能抵达地球。目前宇宙论学者推测宇宙年龄约140亿年左右,所以应该看不到140亿光年以外的任何东西。不过,由于宇宙正在膨胀中,最远的可见天体(visible universe)必定比比这个数字还远得多;事实上,宇宙微波背景辐射的光子旅行了450亿光年的低温旅程才抵达地球,所以因宇宙膨胀之故,可见宇宙至少约900亿光年。这个数字看来很大,但宇宙应该比这更大,大多数宇宙论学者的问题症结不在真实宇宙是否比可见宇宙大,而是真实宇宙到底比可见宇宙大多少?
很显然地,我们无法直接测量宇宙的大小,宇宙论学者仅能利用理论模型来推测宇宙到底有多大。不过不同的宇宙论模型会得出不同的结论。例如:其中一个理论假设在宇宙暴涨期间,是以光速向外快速膨胀,那么真正的宇宙大小应该比可见宇宙大了1023倍。这个数字实在太惊人了!而其他理论也都受到一堆变因的影响,特别是宇宙曲率(curvature of the Universe):宇宙到底是封闭的(closed)、平坦的(flat)还是开放的(open);其中后两种曲率会使得宇宙无限大。因此若能测量宇宙曲率,或许可以找出宇宙大小的上限。
近年来,天文学家想尽办法要测量宇宙曲率,其中一种方法是测量已知大小的遥远天体「看起来」的尺寸,如果看起来比真实大小还大,那么宇宙是封闭的;看起来与真实大小一样大,宇宙是平坦的;若比较小,则是开放的。天文学家目前知道有种天体可以胜任这个角色,就是冻结在宇宙微波背景辐射(cosmic microwave background,CMB)中、一种称为「重子声波震荡(baryonic acoustic oscillation,BAO)」的早期宇宙波动;利用WMAP等太空观测站便可进行观测。另外可胜任此工作的天体还有好几种,例如明亮的Ia型超新星等。
然而,当宇宙论学者检测所有这些观测资料以估算宇宙曲率和大小时,还是碰到不同的宇宙理论模型却会给出不同答案的问题。到底该如何抉择?牛津大学(Oxford)Mihran Vardanyan等人提出一个突破性的想法,用一种称为「贝氏模型平均演算法(Bayesian model averaging)的方式,将所有观测资料带入,得出一个最简单的答案。贝式模型平均演算法不看模型与资料的符合度,而是在看在某种观测资料下的模型正确度有多高;这种自动逼近以剔除复杂模型的演算方式,其实是所谓的奥坎简化论(Occam's razor)统计法的一种。
这种演算法之前就曾被用在太阳系早期模型中,以地球为太阳系中心的地心论,则观测资料会愈来愈难以符合这个以地球为中心的理论;但是若以其他方式来解释地心论,模型会变得愈邋愈复杂,最注明的就是托勒密体系的周转圆模型。我们现今已知地心论是错误的,但宇宙论学者或许就是犯了相同的毛病。利用贝式模型平均演算法进行自动筛选各种宇宙论模型后,Vardanyan等人大致得出宇宙曲率和大小的关键条件,而且他们的关键条件比其他逼近法的结果还严格。
根据Vardanyan等人的结果,宇宙曲率严格限制在0左右,换言之,宇宙非常可能是平坦的。Vardanyan等人计算结果得出真实宇宙大小是哈柏体积(Hubble volum)的至少250倍大,与平坦宇宙将是无穷大相去无几。所谓的哈柏体积类似可观测宇宙(observable universe)的大小。虽然这个数字大得令人惊讶,可是已经是比其他理论严格多了的结果。由于这个统计方式相当简洁确切,或许将来会广泛应用在其他宇宙论领域中。
【心得感想】
其实宇宙一直在膨胀,所以应该很难测到他到底有多大吧