陪陪我們的宇宙！ 2005. 2. 21　中國時報 　目前國內外有多項「宇宙微波背景輻射」觀測計畫，藉此來了解宇 宙，這些觀測的結果，讓許多宇宙學家更加相信，宇宙的年齡應約為 一四○億年！ 難以捉摸的個性 　打從中國的「易經」時代開始，宇宙它那難以捉摸的個性，就已讓 我們折騰了數千年。例如「時空到底有沒有起源」這個問題，就讓宇 宙學家爭辯了至少數百年。時空究竟有沒有起源呢？「標準」的答案 是「有」，那就是著名的「大霹靂」(Big Bang)模型。但是，至今仍 有一些「非標準」的模型(例如Cyclic Universe)認為沒有，主張我們 的時空其實處在一個周而復始無窮盡過程中的一個階段，只是外表看 起來很像是大霹靂學說中所描述的宇宙而已。 　在過去的數千年間，宇宙學一直都被定位在哲、玄學的範疇。最早 的宇宙學思想，應是源自於中國的易經。近年來拜現代科技之賜，宇 宙學儼然已成一門科學，不是用易經來研究它，而是用數學和物理來 探討，用精密儀器來觀測。藉由這些儀器，我們現在不但能在宇宙中 看得更遠，而且還能看到以前所看不到的宇宙中微弱光亮。這些光亮， 為我們照亮了原本漆黑的宇宙。 照亮宇宙的一盞明燈 　宇宙中的那些光亮，不是我們自己創造的，而是來自於宇宙大爆炸 的那一瞬間，也就是所謂的「宇宙微波背景輻射」(Cosmic Microwave Background，簡稱CMB)。這些在大爆炸時就已存在的古老光，在宇宙 中穿梭，歷經了約140億年，才到達地球。這些光為整個宇宙提供了 一個來自極遠處的背景光，凡是自大爆炸後至今的一百多億年間所發 生過的物理現象，都會被這些背景光一一給投映出來。這就好比在黑 暗的房間中，我們看不到飛行中的蒼蠅，但是如果它後面的牆會發亮 的話，那麼它的身影就會被那背景光給投映出來，而且所有房間中的 物品也都會被投映出來。因此，透過對這些宇宙中背景光的仔細分析， 我們就能掌握宇宙過去這一百多億年來的演化歷史，並進而推導出宇 宙的本質。 國內外的知己朋友 　 目前國內外已有多項的觀測計畫，都嘗試透過對CMB的觀測和分析， 來了解宇宙。CMB最早是在1965年被Penzias及Wilson所偵測到，他們 也因此拿到諾貝爾獎。但當時所看到的CMB，很像深度近視的人不戴 眼鏡時所看到的影像一般，模糊不清。之後的數十年間，宇宙學家們 陸續進行了數十項計畫，企圖得到更清楚的影像，但始終沒有太大的 進展，其中原因當然也包括了各國政府的漠視。直到1992年，CMB 的 清楚面貌才由美國航太總署(NASA)的衛星「宇宙背景探測儀」( Cosmic Background Explorer,簡稱COBE)所記錄下來。新觀測到的 CMB溫度， 雖然在各個方向上大致都相同，但卻帶有約十萬分之一的微小起伏變 化，變化的尺度約在１弧度。這項造成世界轟動的新觀測，大大地支 持了在1980年由Guth所提出的「暴脹理論」(Inflation )。之後至今 的十多年間，各國便投入了大量的人力及財力，並且獲得了更多的突 破。 近年來較著名的CMB觀測計畫，包括美國的Boomerang以及我所參與 5年多的美國MAXIMA／MAXIPOL計畫，我們不約而同在西元2000年，利 用對CMB的觀測，發現了宇宙的三度空間之幾何，是幾近「平式」(flat) 的。打個比方，一張二維的紙，在三度空間中能以完全平面的形式存 在(平式)，也能以被扭曲的球面般(封閉式)或荷葉般(開放式)的形式 存在。同樣地，我們的三度空間，也可以在我們所看不到的第四度空 間中被扭曲。在被扭曲的空間中，以半徑為1所畫出來的圓(稱為單位 圓)，其週長將會大於或小於2π，就如同在荷葉面上或球面上的單位 圓周長會分別大於及小於2π一樣。但是很恰巧地，我們由CMB觀測發 現宇宙中的單位圓週長都幾乎是2π，因此也證明了宇宙的幾何幾乎 完全是「平式」的，而不是像球面般的封閉式或荷葉般的開放式。如 果將此項結果再結合1998年以來的超新星觀測結果，我們赫然發現， 宇宙中的組成物質竟然有近七成為「黑暗能量」( Dark Energy；壓 力為負值)，有近兩成半為「黑暗物質」(Dark Matter；壓力為零)， 而人類科學家們幾百年來所熟知的、可用週期表中之元素所表示出來 的物質，竟然只占宇宙總能量的5%！ 此外，在西元2003年2月間，NASA的另一顆衛星「威爾金森微波異向 性探測儀」(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，簡稱WMAP)， 也將CMB這個宇宙背景光，拍攝得暨完整且清楚。這個結果，讓許多 的宇宙學家更加相信，宇宙的年齡應約為140億年，而且早期有「再 游離」(re-ionization)的現象。2007年，由歐洲太空總署( ESA)所 主導的普朗克衛星(Planck Satellite)將發射升空，目的在獲取更詳 細的宇宙CMB面貌及相關資訊。在國內，目前也有一項由教育部及國 科會支持的卓越計畫「異向性微波背景陣列」(Array for Microwave Background Anisotropy,簡稱AMiBA)，正如火如荼地進行。該計畫由 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進 行，目前設置於夏威夷的「大島」上，已有多位的研究人員、教授、 及學生進駐或輪值，希望能藉以觀測到宇宙的CMB詳細面貌。 -- 曾經滄海難為水 除卻巫山不是雲 取次花叢懶回顧 半緣修道半緣君 --

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