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[交流]
【交流】WMAP的数据处理
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目前已发表的完整微波背景辐射数据有1965年美国贝尔实验室的工程师阿诺•彭齐亚斯(Penzias)和罗伯特•威尔逊(Wilson) 用喇叭形状观测到的结果，1992年用COBE卫星观测到的结果，2003年用WMAP卫星观测到的结果。最新的Planck卫星目前还只发表了部分观测结果。因此如何处理和利用WMAP卫星观测到的数据对我们理解微波背景辐射的性质具有重大意义。有人认为，专业期刊上发表的结果都是可靠的，不容怀疑，其实这是一种误解。 科学松鼠会2010-4-10在科学网上发表了一篇题目为‘宇宙的邪恶轴心’的博客文章（科学编辑：Shea），文章讨论了学者们对WMAP——第一缕光的微波照相机得到的数据处理问题。下面是我从该文章中节录的一些有关WMAP数据处理的信息。原文分上下两集，我节录时就合在一起。 2001年，WMAP上天，2003年，WMAP小组第一篇数据分析报告出炉了。2005年，2009年，随着WMAP数据的日积月累，WMAP小组又陆续发表了多篇分析报告。科学家们从WMAP小组发布的温度谱和功率谱中发现，CMB（宇宙微波背景辐射）的各向异性大体上符合理论预期，但是四极矩和八极矩的数值偏低（？）。而且，四极矩和八极矩的轴心几乎指向同一个方向：室女座（Virgo）。仿佛宇宙学的各项同性假设被破坏了，宇宙中凭空多出来一个特殊方向。 更加邪恶的是，这个特殊方向所指的室女座方向，位于黄道面上。我们都知道地球绕着太阳转，如果以地球为参照系，也可以认为太阳绕着地球转，而黄道就是太阳的“公转轨道”。也就是说，一百多亿年前宇宙发出的“第一缕光”，就已经“预知”一百多亿年后，它所包含的万亿颗恒星当中，有一颗叫做“太阳”的恒星与众不同。“第一缕光”决定降低四极矩和八极矩的振幅，并使它们的轴心同“太阳”的轨道平面方向保持一致……于是，一群充满正义感的物理学家把这个现象叫做宇宙的邪恶轴心。从宇宙学标准模型的意义上讲，发生这样事件的概率是1/24000，几乎没有可能发生。既然已经发生了，就要认认真真的找个理由来解释。 面对宇宙邪恶轴心的挑战，物理学家们大体上分为三派。第一派，是以WMAP小组的领导人Hinshaw为代表的哈哈派，在这个问题上含糊其辞，既不否定也不肯定，像是打哈哈说官话。第二派，是以Contalti和Longo等人为首的附和派。他们或者声称观察到300多个类星体围绕着邪恶轴心分布，或者说观察到1600多个旋涡星系的旋转轴也指向邪恶轴心。用来解释邪恶轴心存在原因的理论更加匪夷所思，例如说宇宙存在奇异的拓扑结构，或者说暴胀理论的原初密度扰动存在一种截断，或者干脆搬出弦论等重型武器……。第三派是我国李惕培院士，和他的学生刘浩博士为代表的批判派。 经过了五六年的艰苦研究，李惕培和刘浩等人发现，由他们自己编写的数据分析程序得到的温度谱和WMAP有所不同，其中最大的不同在于他们发现温度谱的四极矩几乎消失了，而八极矩也有显著的减弱。如果这个结果是对的话，至少解决了宇宙邪恶轴心的问题——四极矩真的消失了的话，那八极矩跟谁狼狈为奸呢？那么宇宙中就不应该存在特殊的方向，宇宙学的各项同性原理就得到了保护。 李惕培和刘浩的论文上传到预印本库后，一开始并没有引起太多的关注。直到2010年2月的一次国际学术会议上，李惕培才得到和WMAP小组成员面对面的机会，但是WMAP小组的领导人Hinshaw并没有如期出现。在今年秋季即将举行的一次学术会议上，Hinshaw和李惕培同时名列邀请名单上。希望无论事情怎样发展，这次迟来的会面都将会带给我们不斐的收获。 Planck卫星传输回第一批数据之后，在互联网上发布了一张模糊的照片。刘浩把照片的颜色信息转换为温度后一比较，发现跟他们小组的结果吻合的很好。这让他们更加坚定了信心。Planck小组的研究人员知道这个消息后显得更加谨慎，他们并不支持在最终结果出炉之前发表任何评论。WMAP小组的结果遭到了挑战，使得Planck小组不得不格外小心。在这个科学问题上，他们既要成为评判两方观点的裁判，又要防止自己遭遇类似的挑战。 从这里我们可以看到，WMAP观测数据的处理和所得到结果之间的关系多么密切，对我们如何理解微波背景辐射的性质有多么重要的意义。数据处理时所采用的方法的某些微小变化，可能会产生‘差之毫厘，谬以千里’的错误处理结果，从而误导我们对微波背景辐射性质的理解。我在‘3.3 SZ效应’中所提到的Lieu博士他们对微波背景辐射来源问题的质疑就是一个很好的例子。虽然早在1948年伽莫夫等人就曾在理论上预言，宇宙大爆炸后，由于宇宙的膨胀，高温辐射会由于绝热膨胀而冷却，它留下的遗迹会形成温度约为5~10k 的黑体辐射微波背景辐射。但我认为，这完全是一种巧合。因为伽莫夫等人在做这个预言时，完全没有考虑现在的宇宙空间中还会存在有大量弥散的高温电离气体这个实际情况。也完全没有考虑宇宙空间中的辐射还会和这些高温电离气体发生相互作用，根本达不到他们所假设的，宇宙在膨胀和冷却后，物质和辐射已经达到完全‘退耦’的状态。即使宇宙是由大爆炸产生并不断在膨胀，宇宙空间中的弥散物质也会在引力作用下结团，形成大量高温的恒星和星系，而不会只是单纯地冷却。这些高温的恒星和星系也会发出和它们自己的温度相对应的新的辐射，不会让所谓宇宙大爆炸时留下的高温辐射独霸宇宙空间。而所谓宇宙大爆炸时留下的高温辐射也会由于和宇宙空间中存在的大量弥散的高温电离气体发生相互作用而变得面目全非。 科学松鼠会文章中提到的第二派---附和派，他们对待科学问题的态度特别值得我们深思。他们或者声称观察到300多个类星体围绕着邪恶轴心分布，或者说观察到1600多个旋涡星系的旋转轴也指向邪恶轴心。用来解释邪恶轴心存在原因的理论更加匪夷所思，例如说宇宙存在奇异的拓扑结构，或者说暴胀理论的原初密度扰动存在一种截断，或者干脆搬出弦论等重型武器……。 ‘标准宇宙学模型’的支持者们认为WMAP的观测结果完全证实了伽莫夫等人的这个预言，这完全是为了符合‘标准宇宙学模型’的需要，故意忽略掉伽莫夫等人在做这个预言时理论上的这些缺陷。在数据处理时则不考虑我在‘SZ效应’中提到Lieu博士他们所发现的那些重要的‘细节’，从而得出阿诺•彭齐亚斯和罗伯特•威尔逊的发现和WMAP的观测结果证实了伽莫夫等人的预言这个不合理的结论。我认为他们对待科学问题的态度大概和科学松鼠会文章中提到的第二派---附和派，是一致的。 参考文献 46科学松鼠会（科学编辑：Shea） 宇宙的邪恶轴心（上） 地址：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=310752 宇宙的邪恶轴心（下） 地址：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=311425 (新牛顿宇宙 第三章 微波背景辐射 3.4 WMAP的数据处理) |
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