發信人: Aadmiral.bbs@ptt.cc (A上將) 看板: astronomy
標  題: Re: [問卦] 有沒有宇宙黑物質的八掛
發信站: 批踢踢實業 (2010/03/04 Thu 22:03:01)

※ [本文轉錄自 Gossiping 看板]

作者: Aadmiral (A上將) 看板: Gossiping
標題: Re: [問卦] 有沒有宇宙黑物質的八掛
時間: Thu Mar  4 21:56:08 2010

※ 引述《eitherevo (Mr. 躺平)》之銘言：
: 剛才看一個節目 想說什麼  宇宙中 80% 遍佈著黑物質
: 又說      我們所能體會到的 是 正物質  有四種力  重力 電磁力 核力 反核力
: 可是黑暗物質   中存在著更多無法探查到的力
: 更說    其實宇宙應該是有11維度空間的
: 現在我們只有研究到 三度空間 + 時間  就是四度空間
: 有沒有人能用比較淺白的語言    聊聊這方面的知識


後來的討論已經與"黑暗物質"離得太遠...

那個節目我也有看到,就是黃創夏把他一知半解的名詞拿出來拼湊而已,實際上
黑暗物質在天文學上的討論,相對於此討論串之後的那一大堆量子物理學和弦論
沒有太大的關係


我以我所知道的黑暗物質故事來�黎@塊磚吧


故事要從"宇宙怎麼量大小"開始談起...

量天之尺

在上個世紀初,人類的宇宙觀還不如今日所知的那麼深遠,對於銀河的太小的宇宙
的形狀還不清楚,主要是因為我們還不知道要怎麼度量恆星的距離

1912年,美國哈佛大學的荷瑞塔.李薇特女士Henrietta Leavitt,她是個天文記錄抄寫
員(性別岐視的關係)她在記錄小麥哲倫星系的造父變星(一種變光星,因為恆星反應不穩
定而會週期性的改變光度,如同閃爍燈一樣)時,她發現一個很重要的恆星特性:
"相同週期的造父變星,他們的物理光度應該相同。如果週期相同,而我們的視星等有不同
那必定是距離改變了亮度"

她這個重大的發現,使我們知道要怎麼去比對各個恆星的距離,也就是測量宇宙的方法

李薇特的發現,經過哈洛.夏普里的發揚光大,終於量出我們銀河系的大小,可惜夏普里
當時高估了,他把我們的銀河計算成直徑30萬光年,這是因為銀河裡的細微黑暗星雲
會把遠方星光給減弱,使得他高估了銀河的大小(黑暗星雲並非黑暗物質)

不過夏普里他就此自滿,他認為銀河系就是整個宇宙了,所以雖然他正確的理解銀河系
卻還不知道什麼叫宇宙。

當時與夏普里持相反看法的,是另一名理論天文學家希伯.柯提斯。柯提斯認為銀河
差不多1萬光年,而我們的銀河並非宇宙當中唯一的銀河系。於是夏普理就很不滿的
與他的朋友艾德文.哈伯抱怨「柯提斯把我的銀河看的太小了!」

不過他的朋友哈伯淡淡的說「我已經用造父變星法,確定仙女星雲(M31 Andromeda
nebula)絕對不在我們銀河系內,因為她距離我們230萬光年!」

於是,真正找出宇宙大小答案的,是哈伯!而M31,從此改名叫 Andromeda galaxy仙女星系!


這還只是個開始,從造父變星法發明之後,天文學家多半是先去找遠方星系的造父變星
找到後,比對我們知道的造父變星,再用光度的衰退一算,就大致上知道星系的距離


說老半天還沒講到黑暗物質...就快了,就快了

黑暗物質是愛因斯坦提出來的

在天文學上有了巨大進步的同時,愛因斯坦則發明了廣義相對論,從此物理學進入了
量子時代(不過愛因斯坦本人卻不太敢相信量子物理,他是感性上不敢相信)

就以廣義相對論來推導宇宙公式,結果他發現,現行的重力不足以使這麼大的宇宙,
保持平衡,所以他在公式裡加了個負值,使宇宙達到他所理想的不變動狀況,這就是
宇宙常數,他自己知道這純粹是他的主觀意識作祟,所以他也很心虛,他自己希望
更多的發現能解答宇宙常數就竟存在不存在,後來...

哈伯在觀察遠方銀河系的時候,發現這些銀河系,有"紅位移"的現象,也就是說,這些
銀河系,正在遠離當中,代表說,宇宙不是不變動的,宇宙是在膨脹的!當愛因斯坦知道後
他驚呼"宇宙常數真是我一生最大的敗筆!"


是敗筆嗎?

哈伯這個宇宙膨脹的發現震驚了天文學界,這有幾個角度來切入,第1,膨脹的力量哪來?
第2,過去的宇宙必定比較小,當我們不斷回推,是否會發現宇宙曾經擠在一個點上?
還有第3,宇宙會這麼一直膨脹下去嗎?

所以有天文學家就笑稱,難道我們的宇宙是一場大爆炸(Big Bang)後出現的?
從此,大爆炸理論就成為宇宙誕生最主要的說法

但是,對宇宙質量的計算,發現我們把所有已知的發現都加進去,還是達成不了宇宙如今
的規模,這只反應了一件事:不是我們漏算,而是我們看不到!

所以,只有再把"愛因斯坦的失敗"給列入,才能得到正確的答案,也就是說,黑暗物質
(舊名宇宙常數)再度敗部復活


黑暗物質要放哪裡?

在我的小時候,也就是80年代,當時的天文學對宇宙的未來還無法確定,當時比較
流行的說法:宇宙是膨脹與縮小的循環。也就是,當大爆炸後,宇宙開始擴張,然後因為重
力的關係,宇宙會愈脹愈慢,終於停了下來,然後往回縮,宇宙愈來愈小愈來愈小,縮
到了一個點,然後又爆炸...

這種講法很單純,不過沒有觀察的根據,到了90年代後,天文學家發現銀河系並非均勻狀
而是成現泡沫結構,我們的銀河系與巨大的星系團都在泡沫膜上,而中間有著巨大的
空洞,空洞的直徑超過4億光年(小時候的天文雜誌一直都在討論"長城結構"The Great
Wall)

那空洞裡頭是什麼?黑暗物質就正好填入!於是乎,當時認為,我們的宇宙,是3成的可見物質
和7成的黑暗物質,故事似乎就此結案


終於看見黑暗物質了

到了90年代末,愈來愈多巨大的望遠鏡造出來,而各種非光學的望遠鏡也開始服役
像是錢卓西卡X光望遠鏡就非常重要,終於發現,在銀河系的邊緣,有一些遠方的星光
會不知原因的增加亮度,像是前方有個透鏡一樣,這種效應是巨大的重力場才會有的反應
但是我們卻無法接收到那個巨大重力物質的光!於是,證實了黑暗物質的存在,而且,他們
不在遠方,就在銀河系的旁邊!

更重要的是,這些黑暗物質,還糾正了我們銀河系的形狀,使其不會分散
我們都知道,我們的銀河系,是個漂亮的螺旋狀,但是光靠銀河中心的巨大黑洞,是沒有辦法
約束銀河系邊緣物質的飛散(就像雨天時,轉雨傘,雨水會往四週飛散一樣)
但是我們的銀河系卻長期保持完整,唯一合理解就是,旁邊有巨大的重力物質在看守
,也就是黑暗物質了!

那黑暗物質倒底是什麼?

很遺憾的是,我們還是不知道

一黑還有一黑深!

黑暗物質是宇宙中的主導力量嗎?並不是!到了21世紀,更大的發現嚇壞了天文學家
天文學家發現,宇宙不但沒有收縮,還在加速向外擴!目前宇宙可能擴大到1千億光年!

這股巨大的力量遠超過我們所知的任何力量,也不是用黑暗物質能解釋的!
因為這是一股巨大的排斥力,而非吸引力!

也就是說,牛頓告訴我們,物體都會相互吸引,所以叫萬有引力。但是現在宇宙卻告訴我
們有股巨大的排斥力在吹大整個宇宙!

這已經完全無法用現有的物理學去解釋,這股能量是什麼,完全不知道
只能叫"黑暗能量"

目前天文學家估計,我們宇宙,可見物質約佔2% ,黑暗物質佔28% ,而黑暗能量則佔了70%
而且愈來愈多!


就這樣啦~~宇宙的秘密不但沒解開,而且愈來愈多了

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