《星空50講》:我們在學校學了半天的物理、化學等知識,居然只占整個宇宙5%

  发布时间:2024-05-18 23:05:28   作者:玩站小弟   我要评论
文:陳文屏宇宙的來龍去脈古今中外多有關於天地、世界,或者我們現在稱為宇宙的觀點,有些來自觀察,有些源於冥想,幾乎所有可能都有人曾經提過。胡思亂想的人,只等著別人說他錯;而科學家不是沒有創意,但慎思明辨 。

文:陳文屏

宇宙的星空學校學半來龍去脈

古今中外多有關於天地、世界,講們或者我們現在稱為宇宙的物理觀點,有些來自觀察,化學有些源於冥想,等知幾乎所有可能都有人曾經提過。識居胡思亂想的占整宙%人,只等著別人說他錯;而科學家不是個宇沒有創意,但慎思明辨,星空學校學半盡力證明自己正確,講們否則就修正,物理繼續尋找問題,化學找答案。等知英文說的識居search,然後一再research,占整宙%就是科學研究的精神。

關於宇宙的本質、起源與演化,早期說法跟神學差不多;事實上很多情節,與某些宗教經典類似,主要因為科學家也有宗教信仰,所使用的語言論述,自然來自其生活。

目前的宇宙論有越來越多的觀測證據。主張我們這個時空始於138億年前。在大霹靂之後10-36秒到大約10-33秒這段期間,時空以指數方式增大,這個「暴脹」過程造就了宇宙 基本結構,也使得每方向性質幾乎相同。接著宇宙持續膨脹,但慢得多,直到約40億年前,由於暗能量的推動,造成宇宙加速膨脹。到目前為止,並不確定暴脹是否真的發生了,也不知道原因為何。

「大霹靂」一詞來自英文The Big Bang,意指宇宙最初的奇異點,時空由此開始,是個俗稱,事實上並沒有聲響,所以不宜翻譯成「大爆炸」。大霹靂宇宙論目前能解釋許多觀測的現象,因此最為人所接受。如圖,宇宙的歷史沿著橫軸從左到右,在大霹靂之前時間與空間沒有意義,目前沒有發現任何「之前」的證據。某個時刻的垂直圓圈示意宇宙大小。

宇宙膨脹造成溫度下降,物質開始出現,在萬有引力作用下,出現了第一批恆星,結束了宇宙「黑暗期」,另外還有不會發光的「暗物質」(到現在也不清楚是什麼東西)。恆星周圍形成行星,恆星彼此則聚集構成了星系、星系彼此群聚成為星系團,以及更大的超星系團等「大尺度結構」。暴脹瞬間改變了時空,引力場驟變,因此預期會產生重力波。另外早期的微小密度不均勻,使得宇宙背景輻射會發生偏振,這些都是目前積極推動的課題。

妙的是,就算大霹靂開創了屬於我們的時空,這並不表示之前沒有,或現在沒有其他的宇宙,但是目前也都沒有任何證據。

星空50講:帶你探索宇宙_-_p113Photo Credit: 聯經出版

太空中的黑社會

宇宙的組成,暗能量占了將近七成,暗物質則占了約四分之一,而我們熟悉的原子、分子、恆星、星雲、星系等一般物質,這些我們在學校學了半天的物理、化學,還有很多一知半解的知識,居然只占了5%。其中的「暗」字代表了「不明」,也就是所知不多。

暗能量的證據來自於宇宙膨脹。來自遙遠星系的光線花了很久時間才到達地球,所以它們代表的是早期的宇宙。觀察發現當時的宇宙(比較小)膨脹比較慢,而這表示宇宙在加速膨脹。這讓人不解,因為照理說宇宙整體引力應該讓膨脹變慢才對,就好像把銅板丟向空中,銅板雖然向上,但是引力讓它越來越慢,怎麼可能越來越快飛出去呢(那誰還敢丟?)於是科學家提出有種未知的力量,推動宇宙加速膨脹。就跟大霹靂、宇宙暴脹一樣都是向外,目前仍然不清楚暗能量是怎麼回事,為目前熱門的研究課題。

暗物質也有個「暗」字,但是對其了解稍微多一點。我們確定暗物質存在,它們具有萬有引力,目前不知道它們的形式,也沒有輻射。

開車上高速公路之前,因為隔音牆的關係,無法看到數量眾多的小車子,但是可以看到大車,它們運動受到牽制, 因此我們能依此估計交通狀況。這就像暗物質,雖然本身不發光,但它們的引力影響了我們看得到的發光天體。

銀河系中的「黑暗星雲」因為塵埃濃厚而看起來暗黑,有別於發紅光或散射藍光的雲氣。但是黑暗星雲仍然有低溫分子或塵埃的輻射。暗物質則完全不發光,仍有待探究其性質。

中子星有強大磁場,表面的電子受到加速放出角度集中的「同步輻射」,發射的光束如果對著地球,我們就能偵測到電波。隨著中子星自轉,這些電波訊號就像燈塔的燈光間隔明滅,這些稱為「脈衝星」。有種脈衝星的強大重力場會摧毀鄰近的伴星,因此擬如吃掉性伴侶的某類「黑寡婦蜘蛛」,這類星體俗稱「黑寡婦脈衝星」。

看來宇宙社會也有很多黑暗面。

星空50講:帶你探索宇宙_-_p115Photo Credit: 聯經出版

書籍介紹

本文摘錄自《星空50講:帶你探索宇宙》,聯經出版

作者:陳文屏

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悠遊天文學的50堂課,
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自古以來,人類對天上的日、月、星辰與地上萬物有何關連,感到好奇。當生活需要答案,命運卻無法預測,人們期待權威者,因此猜想神祕的天體主宰了人世因果。

中央大學天文所教授陳文屏,以深入淺出的文字,搭配珍貴美麗的天文照片,透過50個重要的天文主題,帶領讀者進入神祕浩瀚的無垠宇宙。

星空50講:帶你探索宇宙_-_ISBN9789570859294(封+立)Photo Credit: 聯經出版

責任編輯:翁世航
核稿編輯:丁肇九


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