I cook my life.

5月3日天文館的研習：認識宇宙

宇宙膨脹中，很難理解的概念。

簡單地說：一顆氣球，上面畫了許多黑點，當氣球愈吹愈脹，黑點之間彼此的距離也愈來愈大；或者說是一個發酵中的葡萄乾萄乾麵包麵團，麵團長大，萄萄乾之間也愈來愈遠。

這讓我想起湯木生的布丁葡萄乾模型，這個模型是在講原子的模型，湯木生認為原子就像布丁，裡面有正電荷以及相等的負電荷，就像布丁裡的葡萄乾一樣，這個模型也曾用西瓜來比擬，原子像西瓜，電子就像裡頭的籽籽隨機散布。

雖然上列原子模型都已被修正，不過用食物來形容抽象看不見的概念還真是簡明易懂。我會以碗粿和發粿比喻「物質疏密的程度」，一樣都是用米做的食物，碗粿組織密實，發粿則鬆散充滿空氣，學生很容易就理解什麼是密度。同一碗裝一樣大的兩種粿，何者重？學生馬上懂得密度和質量成正比。為了讓學生理解密度小於水會浮起，密度大於水會下沉，曾拿一片土司，放在水面上浮著，然後拿出另一片一樣的土司捏緊成實心球，往水裡放便立刻下沉，藉此說明質量相同，體積和密度成反比。當然學生最關心的是，剩下的土司能不能吃，有東西可吃，學得更快，沒有什麼比食物更讓人感到親切和放鬆了啊，哈哈。國中課本裡一開始就講什麼銅球鋁塊的，醬會嚇到小孩的啦～（以上狀態顯示吃貨老師的自以為是，以已度人XD）。

回到正題，宇宙的膨脹大概可以用氣球模型和葡萄乾麵包形容，但又不全然貼切，因為無論氣球和麵包都有邊界，螞蟻在上面爬著，也會有個盡頭；而宇宙是無邊無盡的一個空間，宇宙有四維、五維、六維、七維.....到十一維空間，而人類是三維空間生物，最多加上一維：時間，因此很難去理解別的維度是怎麼回事，就像螞蟻是二維空間生物，牠們很難理解人類這種生物生存的維度。有本書叫平面國，也在講這件事，有個懂得三維空間的二維生物，努力讓跟他一樣的二維同胞們理解這世界有不一樣的三維空間，這位二維國度的「先知」被視為邪說異端，馬上被關起來。

 想了解維度，可以看一下：這篇文章。

宇宙在膨脹，怎麼知道？

要了解這個問題，有兩件事得先了解。

1.原子核外有電子，電子繞行原子核是有固定軌域的，離原子核愈近電子本身含有的能量愈低，若被光子打到，只要吸收光子給的固定值的能量就可以往外跳到能量高的軌域，離原子愈遠的軌域，天高皇帝遠，這些逍遙自在的電子本身含的能量比較高的。當能量高的電子拋出能量，往內跳時，能量會以光的形式釋放出來，不同元素有不同的吸收光譜。例如極光，大多是紅色和綠色，就是氧和氮原子被太陽發射出來的帶電粒子打到而由高能階跳回低能階所放出來的光。

 2.都卜勒效應，「這篇文章（請點閱）」寫得很清楚，大推，這還不是物理學家寫的喔，是一位年輕音樂家官大為寫的。（音樂裡有很多物理現象啊～）

簡言之，有輛救護車鳴笛開過來，愈接近「偶一偶一偶一」音調愈來愈高，讓人愈聽愈心驚啊；救護車開過之後，遠離的「偶一偶一偶一」音調逐漸降低，聞者便鬆了口氣。因為這個聲波向你愈來愈靠近時，頻率會愈來愈高，頻率升高，波長會變小；反之，遠離時，頻率會愈來愈低，頻率降低，波長會變大。聲波有此現象，而光是電磁波，當然也有都卜勒效應，觀測到光波長變長，表示波源在遠離，稱為紅移；觀測到波長變短，表示波源在靠近，稱為藍移。

目前測得許多星系發出的光都有紅移現象，表示正在遠離銀河系，而且離得愈遠的星系，遠離的速度愈快（哈柏定律）。

這觀測結果支持宇宙形成的大霹靂說。

另一個支持大霹靂說事證是「宇宙微波背景輻射」，發現的人得了1978年的諾貝爾物理獎，而二位得獎人是貝爾電話公司的工程師，並不是物理學家。原先只是設計了一個衛星天線，但發現一直有個雜訊，每個方向都有，兩位工程師想盡辦法還是除不掉這個雜訊，後經普林斯頓大學的天文學教授說明，這就是「宇宙微波背景輻射」。

「宇宙微波背景輻射」是宇宙最初的光，宇宙曆38萬年時發射出來的，而這道光一直殘留到現在，就是兩位諾貝爾獎得主查覺的雜訊。在38萬年以前，這道光是不停地撞擊著宇宙初形成的粒子，所以宇宙一開始是黑暗無光。寫到這裡，我真的很難想象大爆炸是沒有光只有熱的。

隨著時間軸往後推移，宇宙在膨脹，那麼往前推，宇宙必然有一個很密實的起點，所有能量、物質、時間的起點-奇異點singularity，它是起點，所以它什麼都沒有，沒有時間，沒有空間。

宇宙何其大，充滿未知的各種元素，人用了各種方法也只能摸到邊邊角角。每個地球人只要有受國中教育，都會背到的週期表，其中的已知物質元素只佔宇宙的4.9％，還有95％未知也不可見的暗物質和暗能量。

「薇拉.魯賓（Vera Rubin）觀測距離地球約250萬光年的仙女座星系。她利用都卜勒效應測量了這個星系不同半徑處，圍繞着星系中心旋轉的氣體的運動速度。按说，離中心越近，引力越大，運動速度應該越快才能産生足夠的離心力，抵消掉引力的影響。就像離太陽越近的行星，公轉速度就越大。但魯賓也發現了奇怪的現象：離星系中心不同距離處的氣體，圍繞中心旋轉的速度都差不多。她又觀測了其他星系，發現也是同樣的情況。魯賓由此認為，宇宙中存在着我們看不到的物質，為彌散於星系各處的氣體提供着引力。」

以上藍色底文字引自維基百科。

換句話說真正具有影響力的不是那些看得見的物質，而是看不見的無形，這就是暗物質。暗物質不與電磁波交互作用，所以無法用電波觀測。

另一位2011年諾貝爾獎得主研究超新星爆炸的暗能量，發現此能量加速宇宙膨脹。 研究團隊在夏威夷的凱克天文台觀測超新星爆炸，超新星爆炸一次，每次的光持續3星期，真是不可思議的研究，把超新星爆炸的光當成標準蜡燭的想法也很不可思議，總之我還沒完全搞懂。

所以宇宙不但膨脹，而且加速膨脹。 或許有起點，但絕無終點，而且一旦出走，再也回不到起點。

 我只能說，全然超乎想像。這是科學研究觀測的結果，聽起來卻更像玄學，所以最後很多研究天文和宇宙的人走入信仰，因為，這一切運作都找不到理由，理由一定來自於一種不聞其聲不見其形卻無比巨大的力量。

照往例，每次研習都會去看立體立體劇場或是宇宙劇場，今天看立體劇場新片「小動物大世界」（Tiny Giants），畫質和特效都超讚，值得一看。這片子才在預告我就想看，沒想到今天願望就實現了。立體電影讓人有親臨現場、置身其境的感覺，我看到前排的老師企圖用手揮掉一顆直直向他掉下的橡實。

這片子有一點劇情，不過，懶惰的大花栗鼠去偷小花栗鼠為了過冬而收藏的橡實，小花栗鼠一直沒發現自己家遭小偷了，還是辛勤工作著。但有天牠在家時，大花栗鼠正準備要進來偷東西，小花栗鼠很生氣地跟大花栗鼠大打出手。這裡我很疑惑，打起來是因為大花栗鼠入侵牠的地盤，還是小花栗鼠知道「自己的食物」被偷？若牠有「自己」的概念，「動物的自我認知」這真值得動物學家好好研究。然後這小花栗鼠會學壞嗎？長大後會不會也變成討厭的小偷？大花栗鼠小時候是不是原來也很乖，出社會學壞了？花粟鼠性本善還是性本惡？掉一下文：「何昔之芳草兮，今值為此蕭艾也？」

好了好了，愈寫樓愈歪了，胡扯就此打住。

天文館的研習會場給我的感覺就是廣寒宮，小教室還好，最大的階梯教室更冷，空調強到連本人這種高強大漢的多肉嫦娥都凍未條，偏偏多肉嫦娥很健忘，老是進了廣寒宮才感覺到自己肉好像露出來太多，作者評註：「投影屏幕人影深，空調漸強寒氣盛，嫦娥應悔未添衣........」最後一句掰不出來了，總不能沿用原作「碧海青天夜夜心」吧？江「娥」才盡也！請哪位大德幫個忙，幫我寫出最後一句的讀者送多肉嫦娥親手製作的手工皂一塊XDDD 

今天的講師很年輕，超可愛（小鮮肉？）從頭到尾帶著微笑講課，講到最後才介紹自己的經歷，原來是清大天文研究所出身，也當過高中地科老師，他留下電話和郵址給大家，以便討論及發問，大家靜默一陣，突然有人問：「請教老師大名？」

老師根本忘了在投影片上打上名字XD，當精神的範疇進入宇宙層級，都不知道進入幾維空間了，當然會「忘了我是誰」啊！

只為整理思緒，備忘，寫了這麼漏漏等的文章。本冷門部落格人氣向來不旺，而這種科學研習記錄文點閱率更是不高，若有看倌願意認真從頭看到尾，多肉嫦娥哇奔郎底加揪叮今地起立向您一鞠躬致敬致謝（加飛吻一個XDDD）