陪陪我们的宇宙！ 2005. 2. 21　中国时报 　目前国内外有多项「宇宙微波背景辐射」观测计画，藉此来了解宇 宙，这些观测的结果，让许多宇宙学家更加相信，宇宙的年龄应约为 一四○亿年！ 难以捉摸的个性 　打从中国的「易经」时代开始，宇宙它那难以捉摸的个性，就已让 我们折腾了数千年。例如「时空到底有没有起源」这个问题，就让宇 宙学家争辩了至少数百年。时空究竟有没有起源呢？「标准」的答案 是「有」，那就是着名的「大霹雳」(Big Bang)模型。但是，至今仍 有一些「非标准」的模型(例如Cyclic Universe)认为没有，主张我们 的时空其实处在一个周而复始无穷尽过程中的一个阶段，只是外表看 起来很像是大霹雳学说中所描述的宇宙而已。 　在过去的数千年间，宇宙学一直都被定位在哲、玄学的范畴。最早 的宇宙学思想，应是源自於中国的易经。近年来拜现代科技之赐，宇 宙学俨然已成一门科学，不是用易经来研究它，而是用数学和物理来 探讨，用精密仪器来观测。藉由这些仪器，我们现在不但能在宇宙中 看得更远，而且还能看到以前所看不到的宇宙中微弱光亮。这些光亮， 为我们照亮了原本漆黑的宇宙。 照亮宇宙的一盏明灯 　宇宙中的那些光亮，不是我们自己创造的，而是来自於宇宙大爆炸 的那一瞬间，也就是所谓的「宇宙微波背景辐射」(Cosmic Microwave Background，简称CMB)。这些在大爆炸时就已存在的古老光，在宇宙 中穿梭，历经了约140亿年，才到达地球。这些光为整个宇宙提供了 一个来自极远处的背景光，凡是自大爆炸後至今的一百多亿年间所发 生过的物理现象，都会被这些背景光一一给投映出来。这就好比在黑 暗的房间中，我们看不到飞行中的苍蝇，但是如果它後面的墙会发亮 的话，那麽它的身影就会被那背景光给投映出来，而且所有房间中的 物品也都会被投映出来。因此，透过对这些宇宙中背景光的仔细分析， 我们就能掌握宇宙过去这一百多亿年来的演化历史，并进而推导出宇 宙的本质。 国内外的知己朋友 　 目前国内外已有多项的观测计画，都尝试透过对CMB的观测和分析， 来了解宇宙。CMB最早是在1965年被Penzias及Wilson所侦测到，他们 也因此拿到诺贝尔奖。但当时所看到的CMB，很像深度近视的人不戴 眼镜时所看到的影像一般，模糊不清。之後的数十年间，宇宙学家们 陆续进行了数十项计画，企图得到更清楚的影像，但始终没有太大的 进展，其中原因当然也包括了各国政府的漠视。直到1992年，CMB 的 清楚面貌才由美国航太总署(NASA)的卫星「宇宙背景探测仪」( Cosmic Background Explorer,简称COBE)所记录下来。新观测到的 CMB温度， 虽然在各个方向上大致都相同，但却带有约十万分之一的微小起伏变 化，变化的尺度约在１弧度。这项造成世界轰动的新观测，大大地支 持了在1980年由Guth所提出的「暴胀理论」(Inflation )。之後至今 的十多年间，各国便投入了大量的人力及财力，并且获得了更多的突 破。 近年来较着名的CMB观测计画，包括美国的Boomerang以及我所参与 5年多的美国MAXIMA／MAXIPOL计画，我们不约而同在西元2000年，利 用对CMB的观测，发现了宇宙的三度空间之几何，是几近「平式」(flat) 的。打个比方，一张二维的纸，在三度空间中能以完全平面的形式存 在(平式)，也能以被扭曲的球面般(封闭式)或荷叶般(开放式)的形式 存在。同样地，我们的三度空间，也可以在我们所看不到的第四度空 间中被扭曲。在被扭曲的空间中，以半径为1所画出来的圆(称为单位 圆)，其周长将会大於或小於2π，就如同在荷叶面上或球面上的单位 圆周长会分别大於及小於2π一样。但是很恰巧地，我们由CMB观测发 现宇宙中的单位圆周长都几乎是2π，因此也证明了宇宙的几何几乎 完全是「平式」的，而不是像球面般的封闭式或荷叶般的开放式。如 果将此项结果再结合1998年以来的超新星观测结果，我们赫然发现， 宇宙中的组成物质竟然有近七成为「黑暗能量」( Dark Energy；压 力为负值)，有近两成半为「黑暗物质」(Dark Matter；压力为零)， 而人类科学家们几百年来所熟知的、可用周期表中之元素所表示出来 的物质，竟然只占宇宙总能量的5%！ 此外，在西元2003年2月间，NASA的另一颗卫星「威尔金森微波异向 性探测仪」(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，简称WMAP)， 也将CMB这个宇宙背景光，拍摄得暨完整且清楚。这个结果，让许多 的宇宙学家更加相信，宇宙的年龄应约为140亿年，而且早期有「再 游离」(re-ionization)的现象。2007年，由欧洲太空总署( ESA)所 主导的普朗克卫星(Planck Satellite)将发射升空，目的在获取更详 细的宇宙CMB面貌及相关资讯。在国内，目前也有一项由教育部及国 科会支持的卓越计画「异向性微波背景阵列」(Array for Microwave Background Anisotropy,简称AMiBA)，正如火如荼地进行。该计画由 台大物理系暨天文物理研究所及中研院天文暨天文物理研究所合作进 行，目前设置於夏威夷的「大岛」上，已有多位的研究人员、教授、 及学生进驻或轮值，希望能藉以观测到宇宙的CMB详细面貌。 -- 曾经沧海难为水 除却巫山不是云 取次花丛懒回顾 半缘修道半缘君 --

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