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2013 年 2 月 4 日
   
   

太陽系的前世今生 (35):起初 神創造天地 ─ 時空和物質初現

提供者 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 :起初 神創造天地。」這是基督教聖經創世記的頭句經文,到底含有甚麼樣的意涵呢? 我們不妨從建立在專門論述時空結構的「愛因斯坦的廣義相對論」 (General Relativity) 數學方程、以及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) 哲理規範兩個基本假設通則的 大霹靂 (Big Bang) 學說說起。宇宙學家依據時空結構的觀測,推測大霹靂發生瞬間在尚無物質粒子的條件環境,首先開啟的是「時間」(time) 和「空間」(space)。正如《管子》【宙合】篇說: 「宙合之意,上通於天之上,下泉於地之下,外出於四海之外,合絡天地以為一裹。」 「是大之無外,小之無內。」,白話來說是:「宇宙是時間和空間的統稱,它向上直到天的外, 向下直到地的裡面,向外越出四海之外,好像一個包裹把我們看得到的物質世界包在其中, 但是它的本質在宏觀和微觀方面都是無限的。」依據大霹靂起源的宇宙論說法,時空起源初期從奇異點大霹靂發生後的瞬間,創生了對稱的真空 時間與空間的形成、歷經過冷地真空暴漲與相變 (phase transitions),造就時空不對稱的對稱破壞 (symmetry breaking) 產生粒子物理學家弗朗索瓦•恩格勒 (François Englert,1932.11.06. - ,最上列左側圖照) 、羅伯特•布繞特 (Robert Brout, 1928.6.14. - 2011.5.3.,最上列中央圖照)、彼得•威爾•希格斯 (Peter Ware Higgs,1929.5.29.- ,最上列右側圖照)、傑拉德•古拉尼  (Gerald Guralnik,1936.9.17. ─,下列左側圖照)、卡爾•哈庚 (Carl Hagen,1937.2.2. ─,下列中央圖照)、湯姆•基博爾 (Tom Kibble,1932.12.23. ─,下列右側圖照) 等人所論述能夠使 基礎粒子 獲得 質量 (mass) 的 希格斯機制Higgs mechanism)─ 物質與能量的形成

            也有缺實驗與觀測佐證的純理論推測,在大霹靂發生至 10-43 秒之間存有極高溫狀態的「普朗克時期」 (Planck epoch),它的溫度高到足以讓 4 種基本作用力 - 電磁力、重力、弱作用力和強作用力 - 都統合成一種基本力。 以及從 10-43 秒開始持續到 10-36 秒之間 (此處所提及的時間是相對論裡所論述的相對時間,而非我們生活中感受到的時間長短) 的「大一統時期」 (Grand unification epoch),這個時期是非重力物理所描述的「大統一理論」 ( grand unified theoryGUT)。在現代的暴脹宇宙學,普朗克時期大一統時期是不存在的,但是類似的條件可能存在於暴脹之前的宇宙中。

明日主題 : 太陽系的前世今生 (36):大暴脹時期
天文史上的今天 : 1875 年 2 月 4 日,德國力學家、近代力學奠基人之一路德維希•普朗特 (Ludwig Prandtl,1875.2.4. - 1953.8.15.) 出生。  
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         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)

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