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2013 年 1 月 16 日
   

太陽系的前世今生 (16): 大霹靂說的理論驗證與新近觀測

影像提供 : NASA / WMAPFestival della Scienza
文字提供 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 : 1930 年美籍俄裔物理學家、宇宙學家 喬治•加墨 (George Gamow ,1904.3.4. ─ 1968.8.19. ) 所提出的大霹靂學說 有何理論上的支持基礎呢?為什麼會和近代的量子論扯上關聯呢?

           1965 年英國數學物理學家羅傑•潘羅斯 (Roger Penrose,1931.8.8.  ─ ,左上照片) 在倫敦表示一顆恆星因著自己的重力塌陷, 而產生一個無限大密度、且濃縮於一個稱之為「奇異點」的極小時空裡, 此處是 愛因斯坦廣義相對論 中重力方程的時空不能適用的地方, 也不是數學計算得出來的地方,所以這個「奇異點」是無可預測的時空。 潘羅斯 與英國理論物理學家天文學家史蒂芬•威廉•霍金 (Stephen Hawking,1942.1.8.  ─ ,中上照片) 於是圓其「奇異點」的論述, 正彷如一顆星球的終了塌陷於「奇異點」, 依理反推, 宇宙的膨脹 必然是從一點開始膨脹的過程。史蒂芬•霍金 採用一個 宇宙劇變 和古典物理裡描述穩定原子的不穩定來比擬。 而描述穩定原子的不穩定狀態在 1920 年代才由量子物理描述出來, 物理學家才知道原子是如何被束縛在一起於一個極小的空間裡的。 相同地,因此史蒂芬•霍金建議量子論能解決愛因斯坦廣義相對論在「奇異點」處無法計算的問題。

           2001 年升空的美國國家航空暨太空總署 (NASA) 探測宇宙中大霹靂後殘留輻射熱之人造衛星 ─ 威爾金森微波各向異性探測器(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe,WMAP)在宇宙學參量測量上提供許多準確性的值。根據當前的宇宙模型顯示 , 宇宙的年齡約是 137 億歲 , 宇宙的組成為: 4.56 ± 0.15% 是一般的物質、 22.8 ± 1.3% 為不輻射也不吸收光的 暗物質 (dark matter)、 72.6 ± 1.5%  為造成宇宙膨脹加速膨脹的 暗能量 (Dark energy), 哈柏常數 (Hubble constant)  H0  約為 70.5 ± 1.3 公里/秒/百萬秒差距。右上圖是威爾金森微波各向異性探測器於 2001 ~ 2003 年所觀測到的宇宙背景微波輻射 (cosmic microwave background radiation) 分佈圖示。

明日主題 : 太陽系的前世今生 (17):20 世紀初的宇宙規模大辯論
天文史上的今天 : 2002 年 1 月 16 日,英國天文學家、物理學家 Robert Hanbury Brown (1916.8.31. –2002.1.16.) 逝世。他在雷達 (radar)和 無線電波天文學 (radio astronomy)有重大貢獻。  
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