演化宇宙.ppt

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1、演化 宇宙,人,物理系 侯維恕,202 10460,本著作除另有註明外，採取創用CC姓名標示非商業性相同方式分享台灣2.5版授權釋出,第11單元：宇宙7 宇宙擴張是加速或減速？,基隆達爾文化石博物館 預定7月對外開放地址：基隆市西定路36號電話：（02）2427-8085 http:/.hk/viewthread.php?tid=9373636,Our Cosmic Habitat Paperback,224 pagesPrinceton University Press(2003),開場：創世可以有所不同嗎？第一段：從大爆炸到生命圈行星與恆星生命與自覺意識原子、星星、銀河銀河之外銀河之前黑洞

2、與時光機 第二段：起初與末了減速抑加速？很久以後：事情的起頭 頭一毫秒 第三段：基要與臆測穹蒼與微觀世界多重宇宙與人本論證,自己組織起來去買,已獲作者同意爲授課做中文翻譯,本作品由Princeton University Press 同意課程：演化、宇宙、人使用，本資料庫亦無再授權他人使用之權利，您如需利用本作品，請另行向權利人取得授權。,President of Royal Society,7.減速還是加速？,可預測性 楔形文字、哈雷、宇宙 穹蒼長期預報？加速？Type IA 超新星到 WMAP 宇宙是平的：諧和的節拍 宇宙學LCDM 標準模型浮現,II.起初與末了,可預測性,楔形文字到哈雷

3、,像鐘一樣規律運行的天體其實是例外，並不是常規,西元前7世紀亞述、巴比倫楔形文字泥版 Enuma Anu Enlil 版1-13:月亮紀錄(14是數學公式)版15-22:月蝕 版23-29:太陽紀錄 版30-39:日蝕 版40-49:天氣、地震、打雷 版50-:天體,紀錄可推至西元前20世紀,發現18年11又天之“saros”週期,可預測月蝕與日蝕,Edmond Halley(1656-1742),Halleys in 1986,AAO,次原子的世界是簡單的 它看來被幾個方程式所描述。在最大的尺度，我們的宇宙也是簡單的 它的總體性質被幾個數字所決定：它的膨脹速率、平均密度、等等。有一個概括性的

4、劃一主導著，而重力稱霸。,期末報告,A.我們的穹蒼居所第一章到第七章書摘(1000字以內，好似出版之推介),B.從演化與宇宙之課程內容，評論你當下對人的看法與評價(500-800字),穹蒼長期預報？,如果大尺度的天文現象確實比日常事件簡單，我們能作出關於穹蒼的一些預測嗎？4我們是不是能夠做出有關我們膨脹著的宇宙的 長期預報？,再大約50億年，太陽將死去，地球也將陪葬.大約在那之前，仙女座大星系將撞進我們的銀河系.,但宇宙是否會持續膨脹下去？還是.我們的蒼穹最終回縮到一個大壓縮？,回塌,減速,加速,近十年的發現！,大黑洞,臨界密度 每 m3 五顆 H就停止膨脹,平均密度與 臨界密度之比,Plan

5、ck,第七章,方興未艾,NASA,ESA,原始的雜亂火球,愈益複雜,地球生命圈,星系及星系叢如何形成？,重力引發的對比增強效應,!?,WMAP,第七章,我們並不是由宇宙最主要的成分所組成,5.5x,第五章,ESA,NASA,NASA,!?,第七章,atom 只有 0.04!,平均密度與 臨界密度之比,“matter”只有 0.26!,宇宙慢下來的不夠快，應當是停不住了,1!?,但，,暗能量.,臨界密度：每立方公尺五顆氫原子,每立方公尺0.2 顆氫原子：整個地球體積裡只有幾粒砂，或整個太陽系裡只有一個 幾百公尺大的小遊星 N.B.星星裡的原子只佔1/10,十年前便已得知有暗能量,Science

6、期刊列為1998年的頭號發現!,Pablo Costa,NASA,加速？,從 Type Ia 超新星到 WMAP,長期預報的常用做法：拿過去多年的資料與當今的比較，再將趨勢往將來推,長期預報的常用做法：拿過去多年的資料與當今的比較，再將趨勢往前推,拿幾十億年前的膨脹率與當今的比較,天體要夠亮(可以在很遠看到)天體發亮的方式要足夠標準化，可以憑其亮度定距離,吸積盤,巨星,當白矮星吸入物質，使其質量超過太陽1.4倍(Chandrasekhar 極限)引爆碳循環核爆,Xenoforme,STScI,Riess et al.(1998),High-z Supernova Search Team,紅位移

7、,Perlmutter et al.(1999),Supernova Cosmology Project,發現宇宙正在加速,Saul Perlmutter,Adam Riess,有諾貝爾可能,怎會加速呢?,愛因斯坦方程式,牛頓引力常數,光速,愛因斯坦宇宙常數,愛因斯坦在1917年引進 Cosmological Constant L，即宇宙或穹蒼常數，卻在晚年的時候稱 L 是他一生最大的敗筆.,L 可以想成即使在空的空間裡仍具有的能量(所謂的真空能量)。根據現在的想法，空的空間一點也不簡單。所有的粒子都在裡面潛藏著。而在比粒子更小的尺度，可能是騷亂、糾結的一堆弦(strings)從現代的角度，令

8、人疑惑的不是有沒有 L，而是它為何不大上許多。,爲什麼與其他的原子、輻射、暗物質相比，真空能量會有相反的作用？,真空有一個總體特性，就是它的能量若是正的，那麼它的壓力就會是負的 也就是說，它會像拉緊的橡皮筋一般具有伸張力(tension)。,重力吸引 與(密度)+3(壓力/c2)有關,L 等價於負壓力,加速,但這已不重要,如果真空是有能量的，那麼膨脹它的體積就會產生更多的能量!與經驗相反!宇宙膨脹不像是在推，倒像是被拉,怎會加速呢?,愛因斯坦方程式,牛頓引力常數,光速,愛因斯坦宇宙常數,但這已不重要,從次原子尺度的場論，我們的最佳理論猜測是：,應當比看到的強10的120次方倍(10120)!1

9、 後面 120 個 0 在極早期的穹蒼史裡的暴脹(inflation，第9章)期就是這麼強,那麼它又是如何關掉(或中和掉了)的，且關掉的如此之精準？,總電荷=0?,N.B.略為不同的理論:某種滲透一切的具有負壓力的流體 第五要素(quintessence),L 可以想成即使在空的空間裡仍具有的能量(所謂的真空能量)。根據現在的想法，空的空間一點也不簡單。所有的粒子都在裡面潛藏著，而在比粒子更小的尺度，可能是騷亂、糾結的一堆弦(strings)。從現代的角度，令人疑惑的不是有沒有 L，而是它為何不大上許多。,愛因斯坦在1917年引進 Cosmological Constant L，即宇宙或穹蒼常

10、數，卻在晚年的時候稱 L 是他一生最大的敗筆.,宇宙是平的：諧和的節拍,宇宙的聲學振動在天上的分佈，告訴我們宇宙的幾何形狀 宇宙看來是平坦的，這和理論的成見相合,宇宙學LCDM 標準模型浮現,宇宙常數-冷暗物質,理論告訴我們，後來演進成星系與星系叢的漣漪，在某一個波長的漲落 宇宙的聲學振動 會最大。這些主要漣漪在天上分佈大小，要看宇宙的幾何形狀，而這又要看宇宙內涵的質量與能量有多少。,WMAP測量,理論,測量的結果顯示一個平坦(flat)的宇宙：距離與角度的關係似歐幾里得(Euclidean)空間,1!,atom 只有 0.04!,DM 有 0.22!,L 有 0.74!,NASA,NASA,NASA,測量的結果顯示一個平坦(flat)的宇宙：距離與角度的關係似歐幾里得(Euclidean)空間,WMAP測量,WMAP 對大爆炸餘輝的精確測量,1!,atom 只有 0.04!,DM 有 0.22!,L 有 0.74!,穹蒼中最顯而易見之物，即在星系中的星星和發亮的氣體，卻僅佔宇宙總質能的 2%!,神秘反重力素質 真空能量，或第五要素 提供了我們宇宙的主要質能。它或許是暴脹理論驅動早期宇宙強力快速膨脹的遺跡,NASA,NASA,NASA,Planck,方興未艾,NASA,ESA,版 權 聲 明 頁,