演化 宇宙

1. 第12單元：宇宙9 宇宙初始頭一毫秒 202 10460 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. 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：從大爆炸到生命層 • 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 Our Cosmic Habitat Paperback, 224 pages Princeton University Press (2003) 已獲作者同意爲授課做中文翻譯 自己組織起來去買

3. II.起初與末了 8. 長遠的未來 給翻譯版，不教也不考 • 較黯淡的將來 海枯石爛、月老星稀，最終連黑洞都將消融？ • 生命的漸進未來 星星都已死亡之後，生命可否永續存在而不喪失智慧？ “Eternity is very long, especially toward the end.” Woody Allen

4. II.起初與末了 9. 怎麼開始的：頭一毫秒 • 回溯因果之鏈：確信或謹慎？ 牛頓的「神的眷顧」vs 宇宙初始 • 回到頭一毫秒 宇宙「食譜」；普朗克時間；為何會有任何原子？ • 為何膨脹？ 暴脹預測「平坦」；多重宇宙；微觀量子震盪 • 十年後的宇宙學研究

5. 回溯因果之鏈：確信或謹慎？ 宇宙初始 我們如今能夠將我們的整個太陽系放到一個宏偉的演化劇本 裏，可以一直回溯到大爆炸 ― 那時的一切都比星球内部還熱， 且以幾秒鐘的時程膨脹著。 這一切的證據，和地質學家與古生物學家關於地球史的幾乎 所有的證據，一樣有説服力 ― 事實上，乃是要量化得多。

6. 牛頓了解為何行星循著橢圓軌道運行， 但太陽系的原始「裝配」則是個謎。 光學 Isaac Newton in 1702 「盲目的命運絕對不可能使所有的 行星劃一的落到同心圓的軌道。 …行星系統如此驚人的劃一性」 一定是出自 「神的眷顧」。 如今已了解：這是太陽系源自一旋轉著 的原始行星盤的自然結果

7. 本作品由天下文化同意課程：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。本作品由天下文化同意課程：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。 我們如今想知道 為何宇宙在還只有幾秒鐘的時候， 會是設定成如此特定的組成、並以 如此特定的速率膨脹的？ ~牛頓 in 1717 知識大融通 《匯一的知識》Consilience, by E.O. Wilson 自然神論(deism)是「天文物理學的一個問題」。 “Science and religion are two of the most potent forces on Earth and they should come together to save the creation.” E.O. Wilson 「盲目的命運絕對不可能使所有的 行星劃一的落到同心圓的軌道。 …行星系統如此驚人的劃一性」 一定是出自 「神的眷顧」。 如今已了解：這是太陽系源自一旋轉著 的原始行星盤的自然結果 博客來。本作品轉載自http://www.books.com.tw/exep/prod/booksfile.php?item=F011172500 ，瀏覽日期2012/07/10。 依據著作權法第46、52、65條合理使用。

8. 演化 宇宙 人 交叉點 序論 演化、宇宙、人 韓濤 (Prof. of Physics, Wisconsin): That’s Religious! 2/2009

9. 回到頭一毫秒 宇宙「食譜」 1. 一般原子、暗物質與輻射的比例； 2. 宇宙膨脹率； 3. 膨脹的平滑度―基本上僅是一個數字，Q， 決定了結構的紋理與尺度； 4. 原子及原子核的基本性質。 為何宇宙在還只有幾秒鐘的時候，會設定成如此特定的組成、並以如此特定的速率膨脹的？ 各擧一例説明

10. 量子理論與可回溯的絕對極限 海森堡測不凖關聯式： ℎ: 普朗克常數 你越是要把一個物件定位或固定在某範圍内， 你要用上的量子的能量便要越大。 這就限定了能量不可集中到一個地步，以至於 它内炸成一個黑洞。 這個極限就是普朗克長度：它的 大小是10-33公分，比一顆質子小10的19次方。 這個小到不行的長度，若除以光速， 定義了最短的可量的時間，即 普朗克時間，大約是10-44秒。 比普朗克時間老一億倍 10-36秒可能是當今的原子與輻射的混合比例打下印記的時候 理論難題是：為什麼不是僅有輻射 ― 為何會有任何的原子？

11. 年少輕狂 • 10 歲前 • 11-12 歲科學啟蒙:「進化論」 • 12-13 歲 走向天文/物理:「反物質與宇宙論」 抓蟲、摸蝦、釣魚 生物奧秘 Mass is a form of energy!

12. 反物質的預測與發現 保羅 •迪拉克 (Paul Dirac) 在1928 年將相對論與量子力學結合，預測了反電子的存在 簡易版説明: E2=p2c2 +m2c4 存在E > 0 & E < 0 的解 Carl Anderson’s Plate 迪拉克方程式隱含: 反電子質量 = 電子質量 反電子電荷 = -電子電荷 註: 反電子即「正子」e+ 本圖片由美國物理學會(APS)同意課程：演化、宇宙、人，本資料庫亦無再授權他人使用之權利，您如需利用本圖片，請另行向權利人取得授權。

13. e e + - 什麼是 反物質? g 反電子(正子)與電子 相互湮滅產生 g-射線, 或純粹能量 反之亦然 g E = mc2 純粹能量成對產生粒子-反粒子

14. 宇宙的演化 iank14 宇宙Universe 起自 ~ 140 億年前的 大爆炸 “Big Bang” 等量 物質-反物質 只有物質!? 台大物理系 侯維恕 iank14

15. The Mystery of Existence 為何會有 任何的原子？ iank14

16. 為何會有任何的原子？ (1967) CP破壞&宇宙物質壟斷(&你): 沙卡洛夫觀點 • 重子數不守恆 • CP 破壞 • 偏離熱平衡 (CPV) 侯老師的研究課題 僅剩10-9物質! 14 Byr Bang Us 相互湮滅 ( 宇宙背景輻射) 等量物質-反物質 台大物理系 侯維恕 iank14

17. Kobayashi’s Nobel slides 小林的諾貝爾講稿 「宇宙物質壟斷」似乎需要新的CP破壞來源 似乎少了起碼百億倍 51

18. Hints of a new quark have turned up in the decay products of the Tevatron particle smasher A fourth generation of particles could explain how matter survived to form stars and galaxies 個人的研究&台大高能組 四代 Quark的追尋 If fourth-generation quarks are responsible for upsetting this balance, then we would not exist without them. "To me, this is the single most important motivation for the existence of [the fourth generation]," says George Hou of the National Taiwan University in Taipei. By a mere extension from three to four generations, he adds, we may have enough asymmetry to explain how matter survived annihilation in the early universe. 似乎少了起碼百億倍 可以躍升千兆倍

19. 這一切都 能從我的角度 來了解麼? calebdzahnd

20. 為何膨脹？ 為何宇宙在還只有幾秒鐘的時候，會設定成如此特定的組成、並以如此特定的速率膨脹的？ 各擧一例説明

21. 如果膨脹得太慢，在有機會做複雜演化前，再崩塌就會發生了。如果膨脹得太慢，在有機會做複雜演化前，再崩塌就會發生了。 • 如果太快，重力無法將結構拉在一起，星系與星球將無法形成。 再崩塌 時間 為何膨脹？ 動能 與 重力位能 相差不到千兆分之一 回到宇宙一秒時 宇宙大小 Why ? 為何宇宙在還只有幾秒鐘的時候，會設定成如此特定的組成、並以如此特定的速率膨脹的？ 各擧一例説明

22. 建立起重力位能與動能間精確的平衡 潛在在原初空間濃縮的「黑暗能量」，壓倒了一般重力 ─ 穹蒼斥力 膨脹是指數式的；尺度變大兩倍、再兩倍、又再兩倍 … 一個微觀區域在~10-36秒(一兆兆兆分之一秒)可暴脹到現今的一切 10 的120次方 L 暴脹 ESA Planck 方興未艾 預測宇宙會「平坦」! Ω數值精確的是1 NASA 背景輻射的測量，驗證了!

23. 我們的大爆炸或許不是唯一的 潛在在原初空間濃縮的「黑暗能量」，壓倒了一般重力 ─穹蒼斥力 Inflation 膨脹是指數式的；尺度變大兩倍、再兩倍、又再兩倍 … 一個微觀區域在~10-36秒(一兆兆兆分之一秒)可暴脹到現今的一切 當今L的 10 的120次方 10 的120次方 多重宇宙 如何讓它停下來？ 「優雅退場」問題 多半會衝過頭，平滑範圍伸展到>> 可見的100億光年。 和「邊緣」的距離數字，可能大到後面有幾百萬個零。 我們的穹蒼 永恆暴脹的 「謬真空」 可見宇宙 每一個「宇宙」好似從 親代宇宙發苞膨脹而出 的泡泡。顏色的變化代 表 不同的物理定律。 獨立的大爆炸可以持續進行?! 這是Metaphysics， 還是可檢驗的？ 多重宇宙

24. 潛在在原初空間濃縮的「黑暗能量」，壓倒了一般重力 ─穹蒼斥力 Inflation 膨脹是指數式的；尺度變大兩倍、再兩倍、又再兩倍 … 一個微觀區域在~10-36秒(一兆兆兆分之一秒)可暴脹到現今的一切 當今L的 10 的120次方 10 的120次方 異議者的異議 多數理論家認爲暴脹是一個漂亮的觀念 「暴脹」是高能物理學家傳給宇宙學家的流行病。 既使土猪(aardvark)也會 認為牠們的後代美麗。 Roger Penrose Graham Racher 每一個「宇宙」好似從 親代宇宙發苞膨脹而出 的泡泡。顏色的變化代 表物理定律的改變。 獨立的大爆炸可以持續進行?! 這是Metaphysics， 還是可檢驗的？ 多重宇宙

25. 漣漪源自微觀尺度的量子震盪 重力波 ─ 空間結構本身的震盪 潛在在原初空間濃縮的「黑暗能量」，壓倒了一般重力 ─穹蒼斥力 Inflation 膨脹是指數式的；尺度變大兩倍、再兩倍、又再兩倍 … 一個微觀區域在~10-36秒(一兆兆兆分之一秒)可暴脹到現今的一切 當今L的 10 的120次方 10 的120次方 多數理論家認爲暴脹是一個漂亮的觀念 造成背景輻射不均勻性的漣漪的起源 但暴脹成如此巨大 如今伸展在天空之中 LIGO 4 km 3個衛星 不 容 易 Launch date > 2015 ESA NASA/ESA

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