本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣2.5版授權釋出

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1 本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣2.5版授權釋出
第11單元：宇宙7 宇宙擴張是加速或減速？ 演化 宇宙 人 物理系 侯維恕 本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣2.5版授權釋出

2 基隆「達爾文化石博物館」　 預定7月對外開放 地址：基隆市西定路36號 電話：（02）

3 開場：創世可以有所不同嗎？ 第一段：從大爆炸到生命圈 第二段：起初與末了 第三段：基要與臆測 行星與恆星 生命與自覺意識 原子、星星、銀河
本作品由Princeton University Press 同意課程：演化、宇宙、人使用，本資料庫亦無再授權他人使用之權利，您如需利用本作品，請另行向權利人取得授權。 開場：創世可以有所不同嗎？ 第一段：從大爆炸到生命圈 行星與恆星 生命與自覺意識 原子、星星、銀河 銀河之外 銀河之前 黑洞與時光機 第二段：起初與末了 減速抑加速？ 很久以後： 事情的起頭 ― 頭一毫秒 第三段：基要與臆測 穹蒼與微觀世界 多重宇宙與人本論證 President of Royal Society 上下古今謂之宇，銀河之外、星系之上，探討宇；古往今來謂之宙，宇宙大爆炸到生命圈是宇宙的演進，可以在生命圈中思考宇宙一切問題，觀察我們所在的環境出發，追問自己生命的源頭。 宇宙是減速還是加速膨脹？特別是過去幾年，宇宙加速膨脹。 第二段1、2、3是事情的起頭、第三段是微觀世界與巨觀世界的關連，再來是「人本論證」。 Our Cosmic Habitat Paperback, 224 pages Princeton University Press (2003) 自己組織起來去買 已獲作者同意爲授課做中文翻譯

4 II.起初與末了 7. 減速還是加速？ 可預測性 穹蒼長期預報？ 加速？ 宇宙是「平」的：諧和的節拍 宇宙學LCDM 「標準模型」浮現
7. 減速還是加速？ 可預測性 楔形文字、哈雷、宇宙 穹蒼長期預報？ 加速？ Type IA 超新星到 WMAP 宇宙是「平」的：諧和的節拍 宇宙學LCDM 「標準模型」浮現 回到天文學的發展。

5 楔形文字到哈雷 — 像鐘一樣規律運行的天體其實是例外，並不是常規 — 楔形文字到哈雷的預測。
可預測性 楔形文字到哈雷 楔形文字到哈雷的預測。 像鐘一樣規律運行的天體。只有自然的鐘是規律的像原子鐘，人造的鐘都要校正維持，要讓鐘真正規律地運行是要花力氣去調整的。所以天體的規律運行其實是是例外、但也不是例外，因為符合廣義的震盪。不過這邊要講的是可預測性，在全宇宙其實多半東西不能夠預測的。 — 像鐘一樣規律運行的天體其實是例外，並不是常規 —

6 西元前7世紀亞述、巴比倫楔形文字泥版 版1-13: 月亮紀錄 (14是數學公式) 版15-22: 月蝕 版23-29: 太陽紀錄
Enuma Anu Enlil 版1-13: 月亮紀錄 (14是數學公式) 版15-22: 月蝕 版23-29: 太陽紀錄 版30-39: 日蝕 版40-49: 天氣、地震、打雷 版50- : 天體 > 紀錄可推至西元前20世紀 < 發現18年11又⅓天之 “saros” 週期 可預測月蝕與日蝕 Synopsis of the Astronomy of Comets (1705) 計算 的24個彗星的軌道 1531, 1607, 1682 是同一顆 (橢圓軌道) 1758, 1835, 1910, AAO 回到很久以前，這是很有名的楔形文字的其中一版，亞述巴比倫的楔形文字就是拿一個類似稻草桿，削一下然後就在上面筆畫。這一套泥版是當初的亞述巴比倫傳承下來的天文記錄，非常地寶貴。這一套等於是在王宮裡發現了他們的天文學家的庫房，他們圖書館。 1-13版是記錄月亮，14版是相關的數學公式，15-22版是月蝕的紀錄以及跟數學公式，古代的人、天文學家一大重任就是要預測月蝕跟日蝕，日月蝕會有相關其它的奇特的天氣、地震、打雷的現象，再往下就是天體的紀錄。這個記錄寶貴之處，它不是一個時間的，可以推很遠，是一個王室在累積的。亞述雖然被巴比倫滅了，可是這些東西就接收下來。一直到西元前二十世紀。 這個saros好像是哈雷發明的字，saros週期是一個十八年十一天又再加三分之一，1705年，這個鼎鼎有名的Edmond Halley，1706年的時候他這本書的主體是計算十四世紀到十七世紀，24個彗星出現的紀錄，他蒐集計算這些彗星跑的軌道。有一個重大的發現，他說1531年、1607年、1682年所出現的、所描述的彗星是同一顆，他們有相同的橢圓軌道。他就做預測，1758年、1835年、1910年、1986年，那這邊這個圖，這是在美國西部西南部那個沙漠地帶拍的，哈雷彗星耳熟能詳，76年左右的週期，1986年可觀測到，下一次出現是2061年。他發現彗星可以是有週期的，哈雷彗星是大概唯一的一顆是肉眼可見，在人一生原則上可以看到兩次的。它就夠亮，有隱隱約約往右邊延伸，不過它的頭是看得很清楚的。 所以週期性，月蝕有週期性，日蝕有週期性。古人已經發現了，可以做預測的。彗星，像哈雷有週期性，所以哈雷大大有名。可是多半的彗星對人來講是沒有週期性的，他就出現然後就不見了。下次什麼時候再來，可以算，可是不一定可測。 但, 天氣、地震、股票 ... 好比一個人試圖將鉛筆用筆尖站立一樣， 即使小小扭一下，都可使得結果大不同， 因此不確定性乃是不斷增加的 。 Halley’s in 1986 Edmond Halley ( )

7 次原子的世界是簡單的 ― 它看來被幾個方程式所描述。 在最大的尺度，我們的宇宙也是簡單的 ― 它的總體性質被幾個數字所決定：
它的膨脹速率、平均密度、等等。 有一個概括性的劃一主導著，而重力稱霸。 在原子的世界，是可測的。到次原子的世界也是可測的，有一些基本的方程式。 二體問題是運動方程式可以解出軌道、週期性。三體問體，會出現所謂的chaos混沌，就是它軌道可以跳躍，不可測，所以無解。 那有趣的是跟據愛因斯坦方程式，在最大尺度的宇宙是簡單的，基本上就是重力在主導，所以最微觀的世界，跟最大尺度的世界是簡單、可測的。

8 期末報告 A. 「我們的穹蒼居所」第一章到第七章書摘 (1000字以內，好似出版之推介)
B. 從演化與宇宙之課程內容，評論你當下對「人」的看法與評價 ( 字)

9 如果大尺度的天文現象確實比日常事件簡單， 我們能作出關於穹蒼的一些預測嗎？ 我們是不是能夠做出有關我們膨脹著的宇宙的 長期預報？
穹蒼長期預報？ 如果大尺度的天文現象確實比日常事件簡單， 我們能作出關於穹蒼的一些預測嗎？ 4 我們是不是能夠做出有關我們膨脹著的宇宙的 長期預報？ 在最大的尺度我們回到一定的可測性，就是關於全宇宙的、穹蒼的長期預報。比我們日常世界的天氣、地震簡單的話，我們能不能做一些的預測？我們知道宇宙在膨脹，能不能做真正的長期預報

10 但宇宙是否會持續膨脹下去？ 還是 ... 我們的蒼穹最終回縮到一個「大壓縮」？ 回塌 減速 加速 r 近十年的發現！ 臨界密度
每 m3 > 五顆 H 就停止膨脹 再大約50億年，太陽將死去，地球也將陪葬 ... 大約在那之前，仙女座大星系將撞進我們的銀河系 ... 但宇宙是否會持續膨脹下去？ 還是 ... 我們的蒼穹最終回縮到一個「大壓縮」？ Ω ≡ 平均密度與 臨界密度之比 回塌 減速 加速 r Recollapse Deceleration Acceleration 大黑洞 近十年的發現！ 太陽大概再50億年就要爆炸，就要變成白矮星。雖然本星系群，主要是銀河系跟仙女座大星系，它們走向對撞。所以不到五十億年的時間，這兩個星系會對撞、互相穿越，會走向打散的趨勢。然後穿越以後，會耗散原來的一些方向性，最終，本銀河系跟仙女座大星系會走向融合。 我們這邊要關切的問題是，宇宙是繼續膨脹下去呢？還是可以再重新壓縮回去，回塌大爆炸的起點？我們現在在這裡，看到是膨脹出來，可是這畫的曲線是膨脹了就減速了，最後回塌成一個概念上就是一個大黑洞。 臨界密度就是導致回塌的密度。每立方公尺如果有五顆以上的氫原子，那就足以發生這樣子的減速的現象，回塌回去。定義Ω這個符號，是現在宇宙的平均密度，就是每立方公尺多少顆氫原子，如果我們的平均密度是臨界密度，這個Ω就等於一、大於一或小於一，所以如果大於一超過臨界密度的話就是宇宙會崩塌回去；它有足夠的總質量，會把膨脹出去的東西再把它拉回來，宇宙會停止膨脹。 完完全全恰恰好在臨界密度，就是第二個模式圖，漸進地減速，宇宙最後膨脹到停到一定的大小，概念上，就叫做臨界密度，最終停止膨脹。妙的是，過去十多年，我們在天文學深入的發現，宇宙現在正在加速膨脹。 那另外像這邊講的就是它到後來加速膨脹，我們現在看到一個膨脹速率，跟之前多少年的宇宙比，膨脹的速率變大，宇宙會越變越大，密度會加速下降。過去十多年，我們很驚訝地發現宇宙好像在過去百分之十左右的時間內，從一個穩定的膨脹開始走向一個加速的膨脹。所以我們最近才發現宇宙在膨脹，如果早二十億年，可能就發現不了宇宙開始加速。所以有一個問題就是為什麼在我們開始能注意的時候，發現宇宙在加速。

11 第七章 ESA Planck WMAP還在，結果還是目前最重要的。Planck去年已經昇空了。那數據採截到分析出來還要一陣時日。所以這邊寫方興未艾。這邊有一個曲率，等速運動就是宇宙在等速變大。那這邊的曲率在變大，變大得越來越快。膨脹正在加速，背後有一個東西叫做黑暗能量，聽起來滿黑暗的。 方興未艾 NASA

12 第五章 !!?? 地球 生命圈 星系及星系叢如何形成？ 愈益複雜 原始的 雜亂火球 我們並不是由宇宙最主要的成分所組成 5.5x WMAP
第七章 5.5x WMAP NASA NASA 星系及星系叢如何形成？ 宇宙的膨脹速率正在變大，幾乎被人等價於背後有一個黑暗能量。以物質來講，物質有質量。那0.4％是星球的部分，其實在星系之間的星系際太空，還有更大量的雲氣，那個氣體分子，只是因為它空間很大、密度很低。推論發現說，好像有物質(通常講matter是指它有質量的意思)是看不到的，只看得到它的重力影響，而且竟然是宇宙的主體；先前有提到，質能互變，就是質量跟能量可以互相轉換，有一個東西是only in the formal energy，沒有質量，但是它是一種能量形式，稱為dark energy，它占宇宙總能量四分之三，；我還是要強調，像這個概念究竟是我們在玄想還是真實存在。做為物理學者的角度，這是真實的存在，但是如同沒有人真正看過地球繞太陽轉，我們是推論它並且想要找到證據是真實的存在。 ― 重力引發的「對比增強」效應 愈益複雜 原始的 雜亂火球 ESA 我們並不是由宇宙最主要的成分所組成

13 第七章 Ω ≅ 1 !? Ωatom 只有 0.04 ! Ω“matter” 只有 0.26 ! !!?? 宇宙慢下來的不夠快，
Ω ≡ 平均密度與 臨界密度之比 第七章 Ω ≅ 1 !? Ωatom 只有 0.04 ! Ω“matter” 只有 0.26 ! !!?? NASA 宇宙慢下來的不夠快， 應當是停不住了 但， 「暗能量」... 臨界密度： 每立方公尺五顆氫原子 臨界密度是每立方公尺五顆氫原子，平均密度跟臨界密度的比叫做Ω。 最容易量的就是我們附近的星球，intergalactic就是星系際的氣體，也是很容易偵測到的。它密度雖然不高，可是像本銀河系跟仙女座大星系之間不是真空的，還是有氣體原子分子。 現在量的0.04是說臨界密度每一立方公尺5顆氫原子，跟臨界密度比每立方公尺是0.2顆氫原子、再加上星際間氣體分子3.6%(可知宇宙可見之原子大部分在星系際的氣體)，總共才4%。宇宙中的總原子數，主體是在星系際的氣體。所以我們真的是當中少之又少的成分。 傳統天文學主要就是研究stars。Stars跟galaxy裡面有很多不發光的氣體，只要有光通過我們就看得到它的吸收光譜等等，星系際的氣體也是一樣，背後有一個星系，它光通過它我們就可以看得到它的存在，瞭解它的光譜。星系際氣體主要就是氫跟氦，就是原始的。就在十多年前，這大黑塊發現之前，好像我們看到的宇宙的平均密度離臨界密度差滿遠的，看起來宇宙是會回塌的。 臨界密度就是宇宙會停止膨脹，像踩了一個煞車，那現在是沒有足夠的煞車的力道。那有了這個背景以後，我們才開始認真看待所謂dark energy。一個是dark energy本身，另外一個很吃驚的是看起來，宇宙裡很接近臨界密度。臨界密度就是宇宙會停止膨脹，所以十多年前就已經知道有暗能量的存在，發現Ω是平均密度跟臨界密度的比，Ω是一，我們宇宙的密度，正好就是臨界密度，好像宇宙是調節好的。 每立方公尺0.2 顆氫原子： ~ 整個地球體積裡只有幾粒砂， 或整個太陽系裡只有一個 幾百公尺大的小遊星 N.B. 星星裡的原子只佔1/10 Pablo Costa 十年前便已得知有「暗能量」 Science 期刊列為1998年的頭號發現!

14 從 Type Ia 超新星到 WMAP 長期預報的常用做法： 拿過去多年的資料與當今的比較，再將趨勢往將來推 宇宙在重新加速。
加速？ 從 Type Ia 超新星到 WMAP 宇宙在重新加速。 那90年代是所謂的去調查typeIA， Type IA，超星星。這個I在這裡是羅馬數字，WMAP把原來超星星的追蹤調查量得更仔細，用不同的方法確認。所以這個Type IA的超星星就很像我們傳統長期預報的常用作法，就是記錄很久的資料，在資料當中看它的趨勢。 長期預報的常用做法： 拿過去多年的資料與當今的比較，再將趨勢往將來推

15 白矮星 長期預報的常用做法： 拿過去多年的資料與當今的比較，再將趨勢往前推 拿幾十億年前的膨脹率與當今的比較 天體要夠亮(可以在很遠看到)
當白矮星吸入物質，使其質量超過太陽1.4倍 (Chandrasekhar 極限)  引爆碳循環核爆 拿幾十億年前的膨脹率與當今的比較 天體要夠亮(可以在很遠看到) 天體發亮的方式要足夠標準化， 可以憑其亮度定距離 吸積盤 夠亮的 “standard candle”: Type Ia Supernova 巨星 STScI 基本上我們時間往回推，如果能夠找到幾時億年前，測量它的膨脹率，來跟當今的比較，就可以推未來的十幾億年，幾十億年。還記得哈伯定律的概念，越遠跑得越快，紅位移就越大。但是距離遠的話亮度跟平方成反比。所以很遠就很暗，需要要大的望遠鏡長時間曝光，還加上紅位移。要看到很遠的星體，才能看到很遠的過去，所以那個天體本身要夠亮。 你要做這種測量的話，一定要有一個叫做standard candle，標準化的一個單位測量。夠亮的話，星系很穩定。但是光看星系，有大小有種類，不容易研判清楚。看到很遠很遠的一個星系，究竟是本身比較偏紅還是距離的關係，是怎樣的一個團行星系，是橢圓行星系、是不規則星系等等，太困難了。所以人們就找到Type IA Supernova，回顧的話，講蟹狀星雲的來源，說是一個Supernova的遺跡，記得的話是在五千光年之外，比太白金星還要亮，是白天都看得到的。原來是看不到那顆星，所以Supernova是非常亮的。它在短時間之內的爆炸釋放出的能量，遠遠大過太陽一生釋放出的能量。這是super一般性質。TypeIA大致是像右邊的圖像， 有個白矮星，這個吸積盤，旁邊有一棵大的星球，它們彼此相當地靠近，所以大的星球的物質會被白矮星吸出來，大概是個雙星系統。那物質往旋盤裡面掉，物質不斷地往白矮星裡累積。有一個界線叫做Chandrasekhar limit。如果累積的質量到達1.4倍太陽質量，白矮星撐不住那個質量，會再炸掉走向形成中子星的過程，就會引爆Type IA super nova的supernova。它為什麼是standard candle呢？因為根據研究、比對，它們會有一個非常特定的能量曲線，你就想說這個像是引爆點，然後亮度就急遽增加對不對，這個鎳跟兩鈷我們就不用在這裡多解釋了，SNIA就是super nova，它的亮度急遽增高，它會在多少時間之內到達它的亮度高點，到達亮度高點以後，怎麼樣的速度、速率下降，就是亮度變暗。 所以怎麼找Type IA supernova的現象，要自動記錄下來，算出發亮曲線對比到Type IA Supernova，確認是否是相同型態；再根據紅位移，計算距離與膨脹率。 Xenoforme

16 發現宇宙正在加速 Riess et al. (1998) High-z Supernova Search Team
紅位移 Riess et al. (1998) High-z Supernova Search Team Perlmutter et al. (1999) Supernova Cosmology Project 這三位先生，他們已經得了一些獎項，其貢獻有得諾貝爾獎的可能，cobe有得獎，但是WMAP不見得會得獎，因為WMAP驗證的最重要的事情就是這個宇宙當下正在加速，可是他們三位的貢獻是在前，WMAP用的是不同的方法。 Adam Riess Saul Perlmutter 有諾貝爾可能

17 怎會加速呢? 加速 愛因斯坦方程式 L 等價於「負壓力」 愛因斯坦「宇宙」常數 牛頓引力常數 光速
愛因斯坦在1917年引進 Cosmological Constant L，即「宇宙」或「穹蒼」常數， 卻在晚年的時候稱 L 是他一生「最大的敗筆」... 但這已不重要 L 可以想成即使在「空的」空間裡仍具有的能量 (所謂的「真空能量」)。 根據現在的想法，「空的」空間一點也不簡單。所有的粒子都在裡面潛藏著。 [而在比粒子更小的尺度，可能是騷亂、糾結的一堆「弦」(strings)] 從現代的角度，令人疑惑的不是有沒有 L，而是它為何不大上許多。 我們現在來稍微再解釋一下愛因斯坦方程式。等式右邊的G是萬有引力常數，等式左邊的大G常數是跟時空扭曲有關，跟重力有關；小g是一般我們感覺到的時空，等式右邊Tμν是energy 和matter的貢獻。所以，等式的右邊的大G是萬有引力常數，那matter跟萬有引力常數合在一起可以造成時間空間的扭曲。等式右邊，C是光速，而G其實是一個很小的數字，分子很小、分母很大，所以係數是非常非常小的，又Tμν很大很大，就是很大的空間範圍內的質量，才可以造成那個空間範圍的，空間本身的扭曲，就是重力透鏡的解釋；像黑洞是非常大量的質量集中在很小的範圍，那才造成小範圍就有很大的時空扭曲。 Λ叫做Cosmological Constant，宇宙常數，跟局部的扭曲沒有關係，關乎全宇宙的一個常數。可是愛因斯坦後來很後悔，在這不解釋他為什麼會後悔。其實這個Λ就是等價於我們現在看到的暗能量。一個完全空的空間，沒有原子，在那樣的空間裡，如果還有能量，這個叫做真空能量，真空能量的概念在在量子物理學是可定義的、是有意義的，事實上這個真空能量在量子物理學一旦跟廣義相對論結合，就出現一個物理學家到現在還沒有解完的問題，這個概念，跟愛因斯坦的方程式結合的時候我們就解不出來，不知道怎麼辦。我們就有一個想法，就是所謂的弦論，包括我們現在講暗能量，真正的問題不是它存在，而是他的值。 基本上他是一個負壓力。 比較像是，不是一個拉橡皮筋的張力，而是一旦有這個張力之後，那個橡皮筋可以把東西拉出去。好像是有這樣子一個張力在拉著，這個真空能量的粒子就可以把空間、把物質往外拉。重力的吸引除了密度之外，還有壓力的部分。如果真空有能量，那麼真空的空間變大，能量更多。拉緊的橡皮筋一般具有伸張力，「tension」不是一般講的tension，這個空間的能量像是在拉一個橡皮筋，我們就是那個橡皮筋，被拉著的。這個橡皮筋是，把一個東西固定住，拉一個橡皮筋，手一放，拉力夠他就會飛出來，而且是加速。理由是他有一個跟經驗相反的，就是體積增加了，能量跟著增加，所以跟直觀經驗是相反的， 我們講到這是一個真空，要把光子拿掉、把暗物質也拿掉，所有曉得的一般的粒子全拿掉，剩下的真空，有一個總體性是說它如果能量是正的，那麼它的壓力就會是負的。壓力如果是負的，那重力的吸引就變成一種重力的排斥，那就是導致加速，吸引導致東西往下掉，那現在是會飛走。 那愛因斯坦為什麼說是他一生最大的敗筆？因為他純粹數學而放進去，他說這個term好像可以存在，那我就放吧！那一放就發現數學演算上是跟經驗相反；經驗跟直觀上，壓力都是用推的，可是現在是一個負壓力，是用拉的，不在我們一般的經驗範圍之內，所以愛因斯坦一放了這個term，兩個問題：一個是根據量子力學跟重力一結合在一起，有Λ會大無數倍，對愛因斯坦來講，更嚴重的是在於說，這是一個擴張力，他已經知道宇宙在膨脹。還記得1950年代多半物理學家不喜歡大爆炸，宇宙在膨脹是事實，他們認為宇宙物質還繼續在產生，可是Λ讓宇宙的膨脹加速，所以愛因斯坦說：糟糕，我引進了一個東西害了大家，所以是他的敗筆。 爲什麼與其他的原子、輻射、暗物質相比，真空能量會有相反的作用？ 真空有一個總體特性，就是它的能量若是正的，那麼它的壓力就會是負的 ― 也就是說，它會像拉緊的橡皮筋一般具有伸張力 (tension) 。 加速 重力吸引 與 (密度) + 3(壓力/c2) 有關 如果真空是有能量的，那麼膨脹它的體積就會產生更多的能量 !! 與經驗相反 !!  宇宙膨脹不像是在推，倒像是被拉 L 等價於「負壓力」

18 怎會加速呢? 愛因斯坦方程式 那麼它又是如何關掉 (或中和掉了) 的，且關掉的如此之精準？ 愛因斯坦「宇宙」常數 牛頓引力常數 光速
愛因斯坦在1917年引進 Cosmological Constant L，即「宇宙」或「穹蒼」常數， 卻在晚年的時候稱 L 是他一生「最大的敗筆」... 但這已不重要 L 可以想成即使在「空的」空間裡仍具有的能量 (所謂的「真空能量」)。 根據現在的想法，「空的」空間一點也不簡單。所有的粒子都在裡面潛藏著， 而在比粒子更小的尺度，可能是騷亂、糾結的一堆「弦」(strings)。 從現代的角度，令人疑惑的不是有沒有 L，而是它為何不大上許多。 這邊寫的次原子尺度的場論，基本上就是把量子物理跟傳統物理，十九世紀物理結合起來擴展的。這個場論就是讓我們可以去真正計算真空空間可以具有的能量，根據這個場論，就是量子物理的推演，所有的物理學的結合，目前是場論當道。 String還有沒有實驗驗證，那場論是有很多的實驗驗證。算出來這個Λ是10的120次方。所以愛因斯坦時代是很厲害，雖然他自己沒有理解，覺得是他最大的敗筆，可是到了1980年左右，已經證實前面提的inflation理論，就是加速的、爆發性的擴展。 可是宇宙如果突然地擴展，怎麼把它停下來？怎麼把它關掉？怎麼把它中和掉？那中和掉以後，到Λ的影響幾乎不存在，我們都不知道他的存在。那所以這又是一個大問題。 宇宙有2千億個星球，我們看得到的大概兩千億個銀河系，總電核為０，究竟宇宙有多少個正電核、多少個負電核？ 有一個也許更炫的名詞，就是這個quintessence這個字眼其實在希臘時代就有，希臘時代有四大元素，earth , wind, fire, and water，第五要素quintessence傳統來講就是乙太，ether，不過重新把它當作像是一種特殊物質，它是一個流體，有負的壓力，重點是要把負的壓力引進來才會有像這樣的一個拉力，把東西拉大。 從次原子尺度的「場論」，我們的最佳理論猜測是： 應當比看到的強10的120次方倍 (10120) !! [1 後面 120 個 0] ― 在極早期的穹蒼史裡的「暴脹」(inflation，第9章) 期就是這麼強 那麼它又是如何關掉 (或中和掉了) 的，且關掉的如此之精準？ ~ 總電荷 = 0? N.B. 略為不同的理論: 某種滲透一切的具有負壓力的流體 ― 「第五要素」(quintessence)

19 宇宙的「聲學振動」在天上的分佈，告訴我們宇宙的幾何形狀
宇宙是「平」的：諧和的節拍 宇宙的「聲學振動」在天上的分佈，告訴我們宇宙的幾何形狀 ― 宇宙看來是平坦的，這和理論的成見相合 我們現在有一個宇宙標準模型，叫做Lander CDM，Lander就叫宇宙常數，CDM是冷暗物質，cold dark energy，那是目前的宇宙學標準理論，講到Lander存在，已經測量到Lander是多少，CDM不是一般暗物質它是所謂冷暗物質，我們沒有真正介紹，不僅如此，WMAP讓我們回推到宇宙是平的。 宇宙常數-冷暗物質 宇宙學LCDM 「標準模型」浮現

20 測量的結果顯示一個「平坦」(flat) 的宇宙： 距離與角度的關係似歐幾里得 (Euclidean) 空間
理論告訴我們，後來演進成星系與 星系叢的漣漪，在某一個波長的漲落 ― 宇宙的聲學振動 ― 會最大。 這些主要漣漪在天上分佈大小，要看 宇宙的幾何形狀，而這又要看宇宙內 涵的質量與能量有多少。 NASA 理論 NASA 測量的結果顯示一個「平坦」(flat) 的宇宙： 距離與角度的關係似歐幾里得 (Euclidean) 空間 在起初爆炸的時候會有一些漣漪，那這個漣漪隨著宇宙膨脹，我們現在還聽得到，就是這個2.7度K，從大爆炸以後變成了這個背景輻射，所存留的當初的爆炸的震盪，那聽得到理論的一個曲線，(指右邊上面的曲線)，那虛線的曲線是比黑色曲線的密度還要少，跟前面講說宇宙臨界密度有關係，low-denisity universe，就是它比臨界密度還要低，這個曲線是理論所預期的，那WMAP去測量，可以看得到這邊一個個的點，特別是右邊看得清楚的一個點加上一個範圍，就是說在這個頻率的範圍，像波長inferse的範圍，有一個這個測量，那這邊你幾乎看不到那個範圍的，只看得到點的(指右邊下面的曲線)，就表示它測量的很準，在這裡用藍色虛線特別標出來，基本上上面這個黑色的線(指右邊上面的曲線)，包括這兩個peak，跟下面這個紅色的線(指右邊下面的曲線)，基本上是一樣的。 去測量那個宇宙不同的角度、溫度分布，它的一些統計的效應，那去把它fit出來，得到這樣的一個獨立曲線(指右下方的曲線圖)，另一個令人很驚異的結果，看這個點虛線的話，它就少一個這個peak，那實驗上、就觀測上我們沒有看到這一點。 什麼叫平坦宇宙?這個空間跟你我的空間感是幾乎一模一樣的，就是歐基里德空間，什麼叫歐基里德空間呢?三維我們手一比的那三個X、Y、Z軸，然後在這個空間裡任何方向走都平坦；我們原來以為地是平的，後來發現是地是圓的，所以這個問題其實還是存在的，在最大尺度，宇宙真的是平坦的嗎？所以這個平坦的宇宙，就是一個歐基里德空間的宇宙，所以加起來總共等於1，找到一個omega lender的，term是0.7，好吧個就終於解釋了WMAP所做的精確的測量的，最大的物理意義就是確認這個dark energy。 WMAP測量 Ω ≅ 1 ! Ωatom 只有 0.04 ! ΩDM 有 0.22 ! ΩL 有 0.74 ! NASA

21 測量的結果顯示一個「平坦」(flat) 的宇宙： 距離與角度的關係似歐幾里得 (Euclidean) 空間
WMAP 對大爆炸「餘輝」的精確測量 暗能量(具負壓力)是主體 所以膨脹正在加速 NASA 神秘「反重力素質」 ― 真空能量， 或第五要素 ― 提供了我們宇宙的 主要質能。它或許是「暴脹」理論 驅動早期宇宙強力快速膨脹的遺跡 NASA 測量的結果顯示一個「平坦」(flat) 的宇宙： 距離與角度的關係似歐幾里得 (Euclidean) 空間 WMAP量到得曲線就是2.7度K；藉著Taconite supernova的測量已經知道宇宙中有個神祕的反重力效果、真空能量，空間越大能量越大，負壓力蓋過密度的效果(臨界密度)。 WMAP測量 Ω ≅ 1 ! Ωatom 只有 0.04 ! 穹蒼中最顯而易見之物，即在 星系中的星星和發亮的氣體， 卻僅佔宇宙總質能的 < 2% ! ΩDM 有 0.22 ! ΩL 有 0.74 ! NASA

22 ESA Planck 對於這個宇宙大尺度的測量跟了解，方興未艾，根據新聞或者科學月刊、或者牛頓雜誌會繼續看到未來五年、十年Planck的結果，目前還是WMAP的結果在壟斷。總而言之就是這個宇宙現在正在加速膨脹，然後宇宙就我們所知有暗能量，那暗能量是一個解釋成真空能量。 方興未艾 NASA

23 版 權 聲 明 頁

24 作品 授權條件 作者/來源 本作品由Princeton University Press 同意課程：演化、宇宙、人使用，本資料庫亦無再授權他人使用之權利，您如需利用本作品，請另行向權利人取得授權。 Princeton University Press網址： visited AAO SITCK 原圖參考自: NASA

25 作品 授權條件 作者/來源 ESA visited NASA Pablo Costa STScI

26 作品 授權條件 作者/來源 Xenoforme
visited Falcorian NASA

27 作品 授權條件 作者/來源 NASA visited