数据差异有什么危害？可能会影响对宇宙的认识

现代科学中一个未解之谜是为什么宇宙膨胀似乎在加速。一些科学家认为这是由于理论上的暗能量抵消了引力的拉力，而另一些科学家则认为阿尔伯特·爱因斯坦长期接受的引力理论本身可能需要修正。当天体物理学家从天文观测中收集的海量数据中寻找答案时，他们发现数据中的差异可能最终导致真相。德克萨斯大学达拉斯分校自然科学与数学学院天体物理学教授穆斯塔法伊沙布沙基博士说：这就像一个侦探故事，不一致（差异）的证据或证词可能导致解开谜团。

为什么宇宙的膨胀看起来在加速仍然是一个谜，但是来自德克萨斯大学达拉斯的新研究可能有助于阐明它。图片：NASA, ESA and the LEGUS team

博科园-科学科普：伊沙克-布沙基和他的博士生林伟康开发了一种新的数学工具，可以识别和量化各种科学任务和实验收集到的宇宙数据差异。他们的发现可以揭示宇宙加速之谜，并对我们对宇宙的理解产生重大影响。他们最近的研究发表在《物理评论D》上，并于6月4日在丹佛举行的美国天文学会会议上发表。伊沙克-布沙基说：我们发现的差异性需要朝着更精确、更准确的宇宙学前进时得到解决。”这些差异的含义是：要么我们现有的一些数据集存在需要识别和去除系统性错误，要么我们正在使用的基本宇宙学模型不完整，要么存在问题。

宇宙模型

天体物理学家使用标准的宇宙学模型来描述宇宙的历史、演化和结构。根据这个模型，可以计算宇宙的年龄或者宇宙膨胀的速度。这个模型包括描述宇宙最终命运的方程式——它是否会继续膨胀，或者最终由于重力的作用而减慢其膨胀，并在大的收缩中坍塌。有几个变数——称为宇宙学参数——嵌入在模型的方程中。这些参数的数值是由观测值决定的，其中包括诸如星系之间移动的速度以及宇宙中物质、能量和辐射的密度等因素。但这些参数存在问题，它们的值是使用来自许多不同实验的数据集来计算，有时这些值并不一致。结果是：数据集的系统误差或标准模型的不确定性。研究着眼于这些参数的价值，它们是如何从各种实验中确定的，以及这些参数的值是否一致。

新工具发现差异

UT Dallas研究小组开发了一种新的测量方法，叫做差异性指数(IOI)，它可以给出两个或多个数据集之间差异程度的数值。与IOI大于1的比较被认为是差异的。IOI超过5被列为严重差异。例如，研究人员使用IOI来比较五种不同的技术来确定哈勃参数，这与宇宙膨胀的速度有关。其中一种技术——称为局部测量——依赖于测量到相对较近的爆炸恒星——超新星的距离。其他的技术依赖于对不同现象在更大距离上的观测。发现有五分之四是有差异的，但是哈勃的参数在超新星的局部测量中并不一致。

这就像一个离群者，特别是当地测量和普朗克科学任务之间存在明显的紧张关系，普朗克科学任务描述了宇宙微波背景辐射。更复杂的是，使用了多种方法来确定局部测量，它们都产生了类似的哈勃值，仍然与普朗克和其他结果不一致。为什么哈勃参数的局部测量与普朗克显著不同？还将IOI工具应用到与宇宙大尺度结构相关的五组观测数据中。使用这5个数据集计算出的宇宙参数，无论是单独的还是集体的，都存在强烈的分歧，参数是由普朗克观测值决定。这是非常有趣的，这告诉我们，在最大的可观测尺度上，宇宙可能在中等或局部尺度上与宇宙不同。

这让我们质疑阿尔伯特·爱因斯坦的引力理论是否有效，从小尺度到宇宙大尺度。德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员已经将他们的IOI工具提供给其他科学家使用。大型天气观测望远镜项目的一部分暗能量科学合作将使用该工具来寻找数据集之间的差异性。这些差异性现在开始显现得更多，因为我们的观察已经发展到我们可以看到它们的精确程度，需要这些宇宙参数的正确值，因为它对我们理解宇宙有重要意义！

博科园-科学科普｜参考期刊文献： 物理评论D｜来自：德克萨斯大学达拉斯分校