圖解 宇宙的起源 – 大爆炸論 與 火燒赤壁

一、前言
信堅自高中以來,一起念物理的脫褲子時的老朋友,李傑信博士,現在仍在美國航太總署 (NASA) 工作,專管宇宙形成方面的研究及地表與太空實驗。以其第一手接觸與經驗,寫了一本圖文並茂的科普書: 宇宙的起源 (The Origin of the Universe),(台大出版社)。裡面詳細介紹了至今最新的宇宙形成理論與科學觀測證據。同時也描述了天文科學家的創造力與慘淡經營。是現在最完整、最詳細的宇宙的起源介紹書。信堅在此特別鄭重向大家介紹。為令讀者有個整體概念,信堅在此以圖解方式,簡介 “宇宙的起源”,作為讀李傑信博士科普巨著的導論。

二、圖解 “宇宙的起源 – 大爆炸論
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1. The cosmos goes through a superfast “inflation”, expanding from the size of an atom to that of a grapefruit in a tiny fraction of a second.
宇宙經歷了一個超快的“暴脹”,在 10-43 秒內,從一個原子的大小暴脹至葡萄柚的大小。
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2. Post inflation, the universe is a seething, hot soup of electrons, quarks and other particles.
出生 10-32 秒時,宇宙暴脹,此時的宇宙就像是一 鍋電子,夸脫和其他顆粒的超熱湯。

3. A rapidly cooling cosmos permits quarks to clump into protons and neutrons.
出生 10-6 秒時快速冷卻的宇宙,讓夸克聚集成質子和中子。

4. Still too hot to form into atoms, charged electrons and protons prevent light from shining; the universe is a superhot fog.
出生三分鐘後,因為此時的宇宙仍然太熱,仍無法形成原子,帶電的電子和質子阻止光向外照射; 宇宙是一團超級霧團。

5. Electrons combine with protons and neutrons to form atoms, mostly hydrogen and helium. Light can finally shine.
出生三十萬年之後,電子、質子和中子結合形成原子,主要是氫和氦。光終於可以穿過,而向外閃耀。形成的現在宇宙的初生鄒形照片。
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圖一: 宇宙微波背景輻射的大均勻度達萬分之一度,2.7250K。但其中的十萬分之一度的不均勻 (如此圖所顯示) 是宇宙星球的形成與萬物存在的最重要關鍵。

6. Gravity makes hydrogen and helium gas coalesce to form the giant clouds that will becomes galaxies; smaller clumps of gas collapse to form the first stars.
出生一億年後,重力使氫氣和氦氣合併,形成星系初期的巨型雲; 小型氣團則形成了第一代的星球。

7. As galaxies cluster together under gravity, the first stars die and spew heavy elements into space; those will eventually turn into new stars and planets.
出生十五億年之後,由於星系在重力作用下,凝聚集在一起,使第一代的恆星死亡,然後發生核爆,將重元素噴入太空; 形成現在的星星和行星。

8. Today’s Universe 出生138.2億年後的今日宇宙
詳細解說,請看李傑信博士的科普書: 宇宙的起源 (台大出版社)
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三、 孔明借東風,火燒赤壁。
信堅此段解說,大趨勢裡的小變動,是決定勝負的關鍵。大均勻中的小不均勻,包含了無量重要信息。
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宇宙的起源論說最重要的觀測證據是在宇宙暴脹。宇宙出生37.6萬年之後,電子、質子和中子開始結合成原子,主要是氫和氦。沒有電漿體的阻擋,光終於可以穿透,向外閃耀。形成今日的 2.7250 K 均勻溫度的宇宙黑體輻射,此均勻度的測量,精確至萬分之一度。但在這大均勻中,有 “斯穆特″ 所測量出的十萬分之一度量級的不均勻,形成的現在宇宙的初生鄒形,是今日宇宙的形成與萬物存在的關鍵 (見圖一)。

這給於我們一個很大的啟示: 明瞭大趨勢只是中士,上士不但明瞭大趨勢,而且對其中的小變動也了解得清清楚楚,這是決勝的重要關鍵。舉個有名的例子: “孔明借東風,火燒赤壁”,造成了三國鼎立的局面。

古代偉大的軍事家、政治家,都上通天文,下知地理。赤壁之戰,時在冬天,北風肅殺,是大家都知道的常識,因此曹操斗膽鐵鍊連船,尤如平地。但曹操輕忽了其中的小變化,所謂 “冬至一陽生” (冬至那天的丑時,陰極一陽生。冬天到了盡頭,春天的氣息就萌生。春天的氣息一來,就可能產生局部的東風)。也就是在冬至左右,可能萌動了那麼一股局部的東南風,讓周瑜和諸葛亮抓住了時機,通曉大氣候下出現的小變故,借東風,火燒赤壁 (孔明也是狗運亨通,老天相助,竟然猜對了)。顯示瞭知大均勻中的小不均勻的重要性。如果東風不與周郎便, 銅雀春深鎖二喬。

四、”宇宙的起源” 大爆炸論 未解決的問題
“宇宙的起源” 只描述了宇宙大爆炸後,如何發展至今日的宇宙。但仍有許多疑問未解決。

4.1 大爆炸的原點,如何形成? 存在何處? 為何突然爆炸?

4.2 時空是假相。在宇宙大爆炸之前,天地玄黃,宇宙洪荒,沒有時空。時空在此時,沒有意義。這是因為時間是測量物質變化,空間是測量物質移動的人類心意識概念。沒有物質,沒有變化、沒有移動,那來時空。(這也是一乘佛經為什麼說,一真法界,沒有時空。時空是相續相。如看電影,由底片的移動加上視覺暫留而有動相。)

4.3 時間在大爆炸前沒有意義。我們宇宙的時間從大爆炸的一瞬間開始啟動。

4.4 要了解宇宙初期的現象,須要廣義相對論與量子理論合而為一。這就是為什麼尋求統一場論是非常重要的科學追求之一。

4.5 時間觀念只在我們四維時空才有意義,才存在。高於四維,時空是一體,沒有分別。

4.6 要談天外天或多重宇宙,應在高於四維空間才存在,才有意義。

4.7 就如宇宙微波背景圖揭開了開天闢地三十萬年後的宇宙雛形。只有重力波背景測量才能揭開宇宙初期的祕密。這是為什麼探測重力波是目前最重要的科學測量之一。

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About wtsai

台南一中、台大物理、 哈佛博士。曾任教授、科學家、工程師。專長: 吹牛、高能物理、太空物理,地球物理,人造衛星設計、測試、發射、資料回收及科學應用。略涉: 武俠、太極、瑜珈、導引、氣功、經脈、論語、易經、老莊、一乘佛經、禪經、靈界實相、Hawkins、Seth。

2 thoughts on “圖解 宇宙的起源 – 大爆炸論 與 火燒赤壁

    • 歡迎有緣參觀信堅園地,也多謝介紹視頻。

      此視頻所說,是相當簡單的 “引用” 介紹,只有言說,而無實義。不像李傑信博士所說的依 “天文物理、廣義相對論、精確地面與衛星觀測資料等的,依科學資料與 物理原理作分析”,不可同日而語。

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