數據差異有什麼危害？可能會影響對宇宙的認識

現代科學中一個未解之謎是為什麼宇宙膨脹似乎在加速。一些科學家認為這是由於理論上的暗能量抵消了引力的拉力，而另一些科學家則認為阿爾伯特·愛因斯坦長期接受的引力理論本身可能需要修正。當天體物理學家從天文觀測中收集的海量數據中尋找答案時，他們發現數據中的差異可能最終導致真相。德克薩斯大學達拉斯分校自然科學與數學學院天體物理學教授穆斯塔法伊沙布沙基博士說：這就像一個偵探故事，不一致（差異）的證據或證詞可能導致解開謎團。

為什麼宇宙的膨脹看起來在加速仍然是一個謎，但是來自德克薩斯大學達拉斯的新研究可能有助於闡明它。圖片：NASA, ESA and the LEGUS team

博科園-科學科普：伊沙克-布沙基和他的博士生林偉康開發了一種新的數學工具，可以識別和量化各種科學任務和實驗收集到的宇宙數據差異。他們的發現可以揭示宇宙加速之謎，並對我們對宇宙的理解產生重大影響。他們最近的研究發表在《物理評論D》上，並於6月4日在丹佛舉行的美國天文學會會議上發表。伊沙克-布沙基說：我們發現的差異性需要朝著更精確、更準確的宇宙學前進時得到解決。」這些差異的含義是：要麼我們現有的一些數據集存在需要識別和去除系統性錯誤，要麼我們正在使用的基本宇宙學模型不完整，要麼存在問題。

宇宙模型

天體物理學家使用標準的宇宙學模型來描述宇宙的歷史、演化和結構。根據這個模型，可以計算宇宙的年齡或者宇宙膨脹的速度。這個模型包括描述宇宙最終命運的方程式——它是否會繼續膨脹，或者最終由於重力的作用而減慢其膨脹，並在大的收縮中坍塌。有幾個變數——稱為宇宙學參數——嵌入在模型的方程中。這些參數的數值是由觀測值決定的，其中包括諸如星系之間移動的速度以及宇宙中物質、能量和輻射的密度等因素。但這些參數存在問題，它們的值是使用來自許多不同實驗的數據集來計算，有時這些值並不一致。結果是：數據集的系統誤差或標準模型的不確定性。研究著眼於這些參數的價值，它們是如何從各種實驗中確定的，以及這些參數的值是否一致。

新工具發現差異

UT Dallas研究小組開發了一種新的測量方法，叫做差異性指數(IOI)，它可以給出兩個或多個數據集之間差異程度的數值。與IOI大於1的比較被認為是差異的。IOI超過5被列為嚴重差異。例如，研究人員使用IOI來比較五種不同的技術來確定哈勃參數，這與宇宙膨脹的速度有關。其中一種技術——稱為局部測量——依賴於測量到相對較近的爆炸恆星——超新星的距離。其他的技術依賴於對不同現象在更大距離上的觀測。發現有五分之四是有差異的，但是哈勃的參數在超新星的局部測量中並不一致。

這就像一個離群者，特別是當地測量和普朗克科學任務之間存在明顯的緊張關係，普朗克科學任務描述了宇宙微波背景輻射。更複雜的是，使用了多種方法來確定局部測量，它們都產生了類似的哈勃值，仍然與普朗克和其他結果不一致。為什麼哈勃參數的局部測量與普朗克顯著不同？還將IOI工具應用到與宇宙大尺度結構相關的五組觀測數據中。使用這5個數據集計算出的宇宙參數，無論是單獨的還是集體的，都存在強烈的分歧，參數是由普朗克觀測值決定。這是非常有趣的，這告訴我們，在最大的可觀測尺度上，宇宙可能在中等或局部尺度上與宇宙不同。

這讓我們質疑阿爾伯特·愛因斯坦的引力理論是否有效，從小尺度到宇宙大尺度。德克薩斯大學達拉斯分校的研究人員已經將他們的IOI工具提供給其他科學家使用。大型天氣觀測望遠鏡項目的一部分暗能量科學合作將使用該工具來尋找數據集之間的差異性。這些差異性現在開始顯現得更多，因為我們的觀察已經發展到我們可以看到它們的精確程度，需要這些宇宙參數的正確值，因為它對我們理解宇宙有重要意義！

博科園-科學科普｜參考期刊文獻： 物理評論D｜來自：德克薩斯大學達拉斯分校

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