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2003 年 10 月 22 日

人類對於宇宙的科學認知 (22) : Curtis 和 Shapley 的宇宙規模之大辯論
提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )
圖片來源 :The Search for Infinity (Gordon Fraser、Egil Lillestol & Inge Sellevag)


說明 : 宇宙的規模(Scale) 是如何?在 20 世紀前的宇宙觀,「宇宙」一詞對中古世紀以前的歐洲人們而言, 僅止於論及太陽系的範圍 和行星的運行而已。 到了哥白尼 的「日心體系」、 伽利略的光學望遠鏡的使用、 刻卜勒的行星運動定律等, 他們對於宇宙形狀仍停留在「有限的」空間的想像。 隨後在 1576 年湯瑪士 (Thomas Digges, 1546 - 1595) 才有恆星分布於「無限的」空間的想像。 到了 1782 年,威廉•赫瑟爾 繪製了第一張詳細的銀河天體圖 , 1845 年威廉•巴森茲 首度描繪螺旋狀星雲, 1897 年葉凱士望遠鏡首度證實銀河系是一種螺旋狀星系, 由上述歷史看來,人類對於「宇宙」一詞的認知是依循漸進的,在各個年代裡都有所不同。

        至於 20 世紀初以來人們對於「宇宙」的觀念又會有什麼樣的構思呢? 我們不仿從在 1920 年 Harlow Shapley (1885,11,2 - 1972,10,20;左上照片) 和 Heber Doust Curtis (1872,6,27 - 1942,1,9;右上照片) 關於「宇宙規模 (Scale of the Universe)」的大辯論說起。 美國天文學家 Curtis 指出宇宙是由許多像我們所在的「螺旋狀星雲 (Spiral nebulae) 」所組成。 然而,美國天文學家 Shapley 辯論這些螺旋狀星雲僅是團氣體雲 (gas cloud),而宇宙應是個大的「星系 (Galaxy)」。 在 Shapley 的模型中,推測太陽是位處於這個幾近平面的大星系 (宇宙) 裡,且太陽距離星系核心約 3 萬光年遠。 相對照的, Curtis 認為我們的太陽僅是位於相對小的星系中心附近。

        CurtisShapley 的宇宙規模之大辯論起源於 1920 年代中期的光學望遠鏡解析度不足, 後來 哈柏 (Edwin Hubble) 利用位於 Wilson 山上直徑 2.5 公尺反射式胡克耳望遠鏡 (是當時世上最大的望遠鏡) 觀測位於仙女座星系 (Andromeda Galaxy; M 31 或 NGC 224)  內的造父變星, 發現 M31 與我們的距離遠比 Shapley 假設的大星系來得遠,也就是說星系 M31 並不是我們銀河系裡的星系。 到了 1930 年代,由於更進一步的天文觀測, 確知銀河系的雲氣狀組成 和太陽並不是位於 銀河系核心附近, 所以說, Shapley 正確地描述了我們銀河系的大小和太陽位置; 但 Curtis 正確地指出我們的宇宙是由許多星系所組成, 而螺旋狀星雲確切地描繪出銀河系的形狀。 你想知道這首場「宇宙規模之大辯論」對於後人有何影響嗎?近代又有什麼關於「宇宙」學方面的大辯論? 稍後我們再討論。

明日主題 : 人類對於宇宙的認知 (23) : Sheldon Glashow 與 Steven Weinberg 弱電作用的統合
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主編 : 陳輝樺 、 王夕堯
                          諮詢服務 : 陳輝樺 或 (NMNS 國立自然科學博物館)
                                  王夕堯 (NTPU 國立台北大學)
                                                       蘇明俊 (NKNU 國立高雄師範大學科教所)


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