AEEA 天文教育資訊網

上網探索宇宙的好選擇 !   Activities of Exhibition and Education in Astronomy.

2013 年 1 月 26 日
 

太陽系的前世今生 (26):大霹靂學說的曲面空間平坦 (Flatness) 問題

提供者 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 : 前天提及從 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。在科學領域裡,任何的假設與學說總是需要歷經重重的挑戰與驗證。 相同地,大霹靂學說也該能被哲理、方程、觀測等多元的考驗。

            1969 年美國宇宙物理學家 Robert Henry Dicke (1916.5.6.  – 1997.3.4. ) 提出大霹靂學說的曲面空間平坦問題 (Flatness problem) 檢視,也就是,大霹靂以來宇宙呈現的形狀問題。廣義相對論所描述大霹靂時空的幾何標準宇宙模型 (standard cosmological model) ─ 弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規 (Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker metricFLRW 度規) 描述著宇宙的大小尺度如何隨著時間變化,使得我們可以略估宇宙膨脹的來龍去脈。 換言之,憑藉現在觀測到的宇宙質量多寡、並運用 FLRW 度規 可能估算出宇宙自大霹靂以來的尺度大小,右上圖示:綠色曲線宇宙臨界質量 (Critical mass) 呈現的平坦 (Flat) 宇宙膨脹曲線, 最下方的棕色圓弧曲線是比宇宙臨界質量小呈現封閉 (Close) 宇宙的膨脹曲線, 藍色幾近直線的曲線是比宇宙臨界質量大呈現開放 (Open) 宇宙的膨脹曲線, 最上方的紅色曲線是再加上 新近發現絕大組成分 暗物質 (Dark matter) 與 暗能量 (Dark energy) 所呈現開放宇宙的膨脹曲線。現今,透過威金森微波異向性偵測器 (WMAP) 太空觀測衛星的全天的微波背景圖 所揭露 宇宙現今形狀趨近平坦,在右上圖示中正是各曲線交會處,在過去的歲月裡各曲線也都成功地解釋大暴脹時期, 到底宇宙的未來是何種形狀趨勢呢?只好等待觀測分辨力能再加強到足以分別方能揭曉此問題的謎惑。

           

明日主題 : 太陽系的前世今生 (27):大霹靂學說的原始物質豐度 (Abundance of primordial elements) 問題
天文史上的今天 : 1962 年 1 月 26 日,美國航空暨太空總署 (NASA) 游騎兵計畫中研究月球的太空船游騎兵 3 號 (Ranger 3) 成功升空。它被設計來在撞擊月球前 10 分鐘的飛行任務中,將月球表面的圖像傳送回地球,且將測震儀的膠囊拋擲在月面,並在飛行途中搜集 γ 射線的資料、研究月球表面反射的雷達信號。  
今日星象、行星動向、節氣 2013-01 當月星象、行星動向預覽
揭開星空的奧秘 ─ 系列(一) 觀天術 中國人的科學智慧 ─ 天文地學篇
揭開星空的奧秘 ─ 系列(二) 星座探奇 自然與得勝人生 ─ 創世記密碼
不同波段影像疊圖比對 ─ 紅外光、X 光和可見光 天文動畫影片 ─ 不同波段攝影集

前一天主題 天文學名詞解釋 每日主題庫、主題分類介紹 天文展演教學模型、天文教學媒體製作、遠距遙控觀測模擬、展示場展覽介紹 天文學基本認識、天文觀測活動、九年一貫天文輔助教材教案、天文史哲介紹、動手作天文等教育活動 主題課程、Q&A、天文新知介紹、遠距天文教學輔導、FAQs、數理與自然探究 天文相關網站 E-mail 給主編、提問題和看法、與 AEEA 互動 後一天主題

    主編 : 陳輝樺                 
         諮詢服務 : 陳輝樺 或 (NMNS 國立自然科學博物館)
                        蘇明俊 (樹德科技大學  休閒事業管理系)

本網站所有圖片未特別聲明者, 都是取材自 美國太空總署 (NASA) 網頁 , 請勿作商業用途使用。