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2013 年 1 月 24 日

太陽系的前世今生 (24):大霹靂學說的依據

提供者 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 : 在前幾天的介紹裡,我們粗略地瞭解到近代宇宙觀的發展,從 1922 年蘇聯數學家亞歷山大•亞歷山大洛維奇•弗里德曼 (Alexander Alexandrovich Friedmann,1888.6.29. ─ 1925.9.16.) 以 愛因斯坦的相對論方程式 證明「靜止的宇宙幾乎不可能」,結合了 膨脹的模型 計算發現會是個 無限膨脹的宇宙; 1927 年比利時宇宙論者喬治•愛德華•勒梅特 (aeorges Henri Joseph Édouard Lemaître,1894.7.17. ─ 1966.6.20.) 首先提出以觀察遠方 星系   紅位移現象, 建立起一個合乎相對論宇宙模型 的「 宇宙的膨脹源自於火球的的膨脹」論點 ;到了1929 年美國天文學家哈柏Edwin Powell Hubble ,1889.11.20. ─ 1953.9.28.) 依據早期星系種類分類的研究工作經驗證實 Georges Lemaitre 的宇宙膨脹論點 ,發現 遠方星系遠離我們的速度 v 和與我們的距離 d 成正比 (即 v = H0 d) , 式中比例常數 H0 稱為「哈柏常數 (Hubble constant)」, 約每百萬秒差距每秒 50 ~ 100 公里間的 均勻膨脹 半經驗公式。21 世紀初至今觀測結果發現,宇宙膨脹的速度不但沒有減緩,反而是呈現加速膨脹的現象。為什麼會有如此的加速膨脹現象呢? 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. ) 闡述宇宙的由來是起源於一次的「大霹靂 (Big Bang)」; 1949 年 喬治•加墨 進一步依據理論推導預測宇宙會有隨大霹靂而膨脹開的殘餘能量散佈在整個空間中。 1965 年美國無線電天文學家羅伯特•威爾遜 (Robert Woodrow Wilson,1936.1.10. ─ ) 與阿諾•彭齊亞斯 (Arno Allan Penzias,1933.4.26. ─ ) 發現了絕對溫度約 2.7 度的 「宇宙背景微波輻射 (cosmic microwave background radiation)」,因而宇宙起源於 大霹靂 學說得以廣被接受。

            由上述 大霹靂 (Big Bang) 宇宙論的發展史看來, 大霹靂學說是建立在「愛因斯坦的廣義相對論」 (General Relativity) 數學方程和在大尺度觀測下宇宙該呈現均質且各向同性 (homogeneity and isotropy) 「宇宙學原理」 (The Cosmological Principle) 哲理規範的兩個基本假設通則。換言之,大霹靂學說理論建立在物理定律的普適性和宇宙該呈現均質且各向同性宇宙學原理之兩大假設基礎上。 在觀測上,大霹靂學說所推論由一點爆發、均質 且各向同性的膨脹、宇宙背景的微波輻射等 3 個強而有力的證據,使得大霹靂學說在近代的天文史中成為宇宙論的主流思維。

明日主題 : 太陽系的前世今生 (25):大霹靂學說的視界問題 (Horizon problem)
天文史上的今天 : 1988 年 1 月 24 日,德國數學家 (Moritz Werner Fenchel,1905.5.3.–1988.1.24.) 逝世。他專精於幾何學 (geometry)和最佳化理論 (optimization theory),對於凸面分析 (convex analysis) 與非線性最佳規劃原理 (nonlinear optimization theory)的建立有重大貢獻。  
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