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2013 年 2 月 28 日

太陽系的前世今生 (59):彎曲的宇宙有中心嗎?

提供者 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 : 托勒密 Claudius Ptolemy, 約 100 – 170 BC.) 集 古希臘天文學之大成,提出了一個 以地球為宇宙中心的「地心體系」思維的 「地心體系」巨作。 在歐洲天文史上產生了重大的影響獨霸達約 13 個世紀之久。 1507 年波蘭天文學家 哥白尼 (Nicolaus Copernicus,1473.2.19. — 1543.5.24.)提出一個 太陽 (Sun) 居中、而 行星 (Planets,包括 地球)都環繞著太陽運行的 日心體系, 創立了科學的「日心地動說」。 現在,我們知道他們所述說的「宇宙」範圍僅是 太陽系 (Solar system) 而已。 但是,如今仍有許多人延續如此存有「中心」的思維, 好奇我們的地球是不是宇宙的中心?若不然,宇宙的中心在哪裡?

           其實,在哥白尼的地球只是一個普通行星理論當中, 導引出另有一個「平庸原理」(Mediocrity principle) 的科學哲學觀念,指出人類或者地球在宇宙中不存在任何特殊地位或重要性。這種沒有一個觀測者有特殊的位置之「哥白尼原則」 (Copernican principle) 哲學陳述, 顯示天體的運動可以不用地球(或別的)在中心的幾何系統來解釋。 在近代,美國天文學家愛德溫•哈柏Edwin Powell Hubble ,1889.11.20. ─ 1953.9.28.)發現宇宙遠比人們以前想像的要大,蘇格蘭地質學家詹姆斯•赫頓 (James Hutton,1726.6.3.-1797.3.26.)發現地球的年齡比人們以前認為的要更古老,哈柏深空 (Hubble Ultra Deep Field) 包括了成千上萬個銀河系外的星系,天文學家在 超星系團Supercluster)、 星系絲狀結構  (Galaxy filament) 和空洞 (Void) 的尺度上觀測時雖呈現不同的結構,但考慮到更大尺度時, 宇宙基本上是均質的事實,都支持著平庸原理的觀點。

           另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) 學說來說。 廣義相對論 是用 張量 (Tensor) 表示的,廣義相對論的定律及在廣義相對論框架中得到的物理定律,在所有 參考座標系 中具有相同的形式。並且廣義相對論本身並不包含任何不變的幾何背景結構,這使得它能夠滿足物理定律形式在所有觀察者看來都是相同的更嚴格的廣義相對性原理。上圖示宇宙區域性可能呈現的各種彎曲時空結構。

明日主題 : 太陽系的前世今生 (60):首顆恆星誕生的前奏曲
天文史上的今天 : 1882 年 2 月 28 日,英國物理學家、天文學家 John Thomas Romney Robinson (1792.4.23. - 1882.2.28.) 逝世。他長期擔任英國 Armagh Astronomical Observatory 台長,他曾編輯大量恆星目錄並發表,他也是量測風速設備的發明者。為了紀念他,月面上 有坑洞以他的名字命名。  
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                        蘇明俊 (樹德科技大學  休閒事業管理系)

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