太空探索／真實宇宙　可能比可見範圍還大250倍以上

2011/2/19   (10447)   原稿來源: http://www.nownews.com/2011/0

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。（文／引用自臺北天文館網路天文館網站）

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