2001-10-12 誠品講堂 宇宙面貌：宇宙的創生與演化
●宇宙：Cosmos、Universe
宇宙學(cosmology)：問題簡單、答案困難
宇宙有多大？宇宙有多老？
宇宙如何形成？宇宙外面有什麼？
From宇宙論(最古的學問)To宇宙學(約五十年歷史)
物理學＋天文學==>天體物理學、宇宙學
宇宙學、天文學：不能實驗，只能觀測與考古
●人在宇宙中的定位
歷史：鑑往知來；地理：~井底之蛙
「宇宙」：上下四方謂之宇，古往今來謂之宙
==>所有的空間＋所有的時間
==>我們在其中的哪裡？
●平凡原理(哥白尼原理)：
宇宙各角落皆平等，科學定律放諸宇宙皆準。
人同此心、心同此理==>每個時空、每個原子都同此理。
可觀測宇宙：半徑有限的球體
光速有限：看得愈遙遠＝看得愈久遠
宇宙在天球的投影：壓扁了空間，重疊了時間
●宇宙的起源
大霹靂(big bang)：不是普通的巨大爆炸，而是
創造時間、空間與物質的爆炸==>開天闢地
時間：約150億年前(120-180億年)
奇異點：無限大的密度與溫度
●愛因斯坦(1879-1955)
光子與光電效應(1905三月)==>1921諾貝爾物理獎
狹義相對論(1905六月)==>家喻戶曉
廣義相對論(1915十一月)==>世紀大師
宇宙常數(1917二月)：人工推力
==>愛因斯坦靜態宇宙
==>我一生最大的錯誤！
亙古長存的宇宙：亙古長存的信念
●天文學上的進展(取材自《胡桃裡的宇宙》)
1912年:斯里弗測量來自四個「星雲」的光線，發現其中三個具有紅移，
而「仙女座星雲」則具有藍移。
1912-1914年:斯里弗測量了另外十二個「星雲」，其中十一個呈現紅移。
1914年:斯里弗在「美國天文學會」發表這個發現，哈伯聽到了這場演說。
1918年:哈伯開始研究那些「星雲」。
1923年:哈伯確定各個「螺旋狀星雲」，包括「仙女座星雲」在內，
其實都是銀河系外的其他星系。
1914-1925年:斯里弗及其他天文學家繼續測量「都卜勒頻移」，
到了1925年，紅移和藍移的數目是43:2。
1929年:哈伯與哈瑪遜宣布他們發現了宇宙正在擴張。因為他們發現在大尺度上，
所有的星系都在互相遠離。
●如何測量星系的速度與距離
星系速度：利用紅移（斯里弗）(Vesto Slipher, 1875-1969)
星系距離：利用造父變星（哈伯）(Edwin Hubble, 1889-1953)
●紅移==>速度
都卜勒效應：適用於一切波動
日常生活例子：聲波變高變低
天文學的應用：光波偏紅偏藍
●造父變星==>距離
明暗週期==>光度
天文觀測==>亮度
光度Vs亮度==>距離
●哈伯定律：
V=HR, H：哈伯常數
一維的例子：橡皮筋
二維的例子：氣球
三維的例子：太空
●哈伯(Edwin Hubble, 1889-1953)四大發現
1.天外有天：銀河系不是整個宇宙
2.哈伯定律：完美的正比關係(V=HR)
3.動態宇宙：宇宙尺度不斷拉大==>宇宙擴張
4.第一具太空望遠鏡竟然以我命名！
●回溯宇宙擴張：倒轉宇宙錄影帶
古早古早以前，所有的星系聚在一起。
多早以前？隨便拿個星系來算：
時間＝距離／速度＝R／V=R／HR=1/H
但星系誕生不等於宇宙誕生，
宇宙幾十億歲後才出現星系。
受精(非人形)：宇宙誕生
分娩(具人形)：星系誕生
●星系誕生前的宇宙
宇宙不斷擴張==>溫度不斷下降
暴脹(inflation)：極早期宇宙的加速擴張
一團能量==>正、反基本粒子==>基本粒子==>質子、中子
==>穩定原子(最初三分鐘) ==>透明(約三十萬年)
●宇宙微波背景輻射：大霹靂的鐵證
大霹靂的餘燼(餘溫尚存)
宇宙不斷擴張==>溫度不斷下降
目前宇宙溫度：絕對溫度3度(2.725度)
攝氏零下270度
以微波輻射形式存在(3K輻射)
1965年的無意發現==>1978年諾貝爾物理獎
宇宙背景探索者號(COBE)
●宇宙未來的命運？
熱寂(heat death)？
無限擴張Vs終會反轉(大崩墜)
封閉宇宙：有限大、無邊界、無中心
開放宇宙：無限大、無邊界、無中心
臨界宇宙：無限大、無邊界、無中心
●尖端問題：
1.大霹靂的起源：無中生有？
2.宇宙是否唯一？
3.暗物質Vs暗能量
4.加速擴張：宇宙常數的復活
==>愛因斯坦得以瞑目
5…….
●人本原理(人擇原理)
宇宙為什麼是這個樣子？
宇宙為什麼年紀這麼大？
宇宙為什麼剛好有三維空間？
宇宙為什麼非常接近臨界宇宙？
面對宇宙中無數巧合，科學家不得不逆轉數百年來的客觀思維，
把人類從宇宙的客體轉為主體，將巧合一一視為孕育人類的必要
條件。因為唯有在人類出現後，宇宙的精妙結構才會（在人類心
智中）構成一組深奧的謎。這種因果互換的論點，雖然至今仍遊
走於正統科學邊緣，卻是目前唯一堪能填補宇宙學漏洞的理論
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