第九章 宇宙學簡介 9-1 星體觀測及哈伯定律 9-2 宇宙起源

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1 第九章 宇宙學簡介 9-1 星體觀測及哈伯定律 9-2 宇宙起源
高中基礎物理(一) 第九章 宇宙學簡介 9-1 星體觀測及哈伯定律 9-2 宇宙起源

2 9-2　宇宙起源　 大霹靂說 補充資料─宇宙年齡的估計 宇宙微波背景輻射 星系的形成 範例題

3 大霹靂說 哈伯定律指出，宇宙目前正在膨脹。從現在反推到最早宇宙的生成，宇宙應該是一個密度極大且溫度極高的狀態，它有一個有限的年齡約 140 億年。 1948 年，物理學家提出了宇宙起源的大霹靂理論（big bang），宇宙誕生於140 億年前一個體積很小，溫度很高的「火球」，大爆炸後持續膨脹至今。

4 補充資料─宇宙年齡的估計 宇宙年齡即是它從剛誕生至今天所歷經的時間。若宇宙的膨脹速 度一直不變，則按哈伯定律 v=H0r， 就是宇宙從生成到 今天的時間，亦即所求的宇宙年齡 T。縱使 T 的數值跟具體的宇宙模型有關，1／H0 也可作為 T 的估計。從轉換式 1 pc＝3.26 ly 可知 1 Mpc＝3.26 × 106 ly。另一方面，光年 ly＝c 年，其中 c＝3 × 105 km／s 是真空中的光速。從而可估計以年為單位的宇宙年齡 為 因而宇宙年齡約為 140 億年，此接近於廣為引用的 137 億年之值。 4

5 宇宙微波背景輻射(1/2) 宇宙誕生後隨著宇宙膨脹，溫度不斷下降，電磁波輻射的波長不斷增加。這種輻射今日仍充滿宇宙，稱為背景輻射，因為波長在微波階段，所以又稱微波背景輻射（cosmic microwave background radiaton）。

6 宇宙微波背景輻射(2/2) 在 1964 年，美國貝爾實驗室兩位科學家（A. Penzias 和 R. Wilson）首先觀察到了這些宇宙背景輻射，溫度大約為 2.7 K。這是支持宇宙起源大霹靂理論的主要事實之一。

7 星系的形成 由於重力的作用，密度稍高的區域具有較大的引力，會使附近的物質流入這區域，進而形成物質高度集中的天體。
引力作用，會使它們週遭的物質持續地流入，最終使宇宙在它生成約 10 億年後形成了星系。 星系就是由數以千億的星球、氣體及灰塵的集合體。

8 範例 ４　宇宙微波背景輻射 若電磁波輻射光譜中具有最大能量強度的波長λ，對應絕對溫度 T ，其關係式 λT＝2.9 × 10－3 m‧K。宇宙的微波背景輻射波長λ＝ m，試以此關係式，計算背景輻射相對應的絕對溫度約為多少？ (A) 3 (B) 30 (C) 300 (D) 3000 K。

9 範例 ４ 解答　 答 (A) 解 可以直接寫答案，或代入公式計算也可得。λT＝定值＝0.0011T＝2.9×10－3， T＝2.7 K≒3 K

10 範例 ４ 類題 在各方向所觀察到的宇宙背景輻射，有幾乎完全相同的溫度。從這一事實，我們可以對輻射不參與相互作用時期的宇宙做出什麼推論？
範例 ４　類題 在各方向所觀察到的宇宙背景輻射，有幾乎完全相同的溫度。從這一事實，我們可以對輻射不參與相互作用時期的宇宙做出什麼推論？ (A)均勻的　(B)不均勻的　(C)對稱的　(D)不對稱的。 答 (A)