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宇宙膨脹得發現人問題. 發問者： 建 ( 初學者 5 級)
發問時間： 2005-10-02 14:45:17
解決時間： 2005-10-03 22:54:11
解答贈點： 5 ( 共有 0 人贊助 )
回答： 1 評論： 0 意見： 0
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.共有 9 人評價.我想了解...宇宙膨脹得發現人是誰,和他的事蹟? 2005-10-02 14:45:49 補充
越詳細越好
最佳解答發問者自選
.. 回答者： ~~五塊錢~~ ( 初學者 5 級 )
回答時間： 2005-10-02 14:47:18
[ 檢舉 ] .哈柏
哈柏【Edwin Hubble】(1889－1953)
美國天文學家愛德溫．波威爾．哈柏，1889年11月20日生於密蘇里州麻雪菲爾德，是研究銀河系天文學的先驅。他創造了星系結構的分類系統，這套系統直到今天仍在使用。哈柏曾在牛津大學獲得法律學位，並做過簡短的法律實習，而後前往芝加哥大學研習物理學及天文學，並取得博士學位。1919年，哈柏任職於威爾森山天文台，他利用 100英吋的望遠鏡觀察發現一個現象，因而解決了長久以來的一個爭論，那就是仙女座星雲是遠在我們的銀河系之外的一個星系，這個發現確定了所謂的小宇宙學說。由於哈柏致力於星系分佈的研究，因此在1929年發現了一項定理，稱為哈柏定理。從定理中導出的基本宇宙值，稱為哈柏常數。而他也是第一個提供觀測證據支持宇宙膨脹理論的人。
約75年前，哈伯（Edwin Hubble）觀測到其他星系正遠離我們，因此發現宇宙膨脹的事實。他發現愈遠的星系就遠離得愈快，這便是我們所熟知的哈伯定律（相對遠離速率等於距離乘上哈伯常數）。以愛因斯坦的廣義相對論觀之，哈伯定律起因於空間的均勻膨脹，純粹只是宇宙尺寸的膨脹。
在愛因斯坦的理論中，就算是在宇宙那樣的大尺度下，對於所有物質和能量的已知型態而言，重力相吸的性質依舊成立。因此，廣義相對論預期宇宙的膨脹將會趨緩，而其速率則取決於宇宙中物質和能量的密度。然而，廣義相對論亦未排除會造成相斥重力這類性質怪異的能量型態（詳見〈重力為何會相斥？〉一文）。這項宇宙膨脹正在加速而非減速的發現，即明顯點出了這類能量的存在，即所謂的「暗能量」。
到底膨脹是在加速或減速，取決於兩位泰坦族巨人間的角力戰︰物質間的重引力和暗能量間的重斥力，兩者之間的相抗衡。在這場競賽中，最舉足輕重的就是彼此的密度。物質的密度，隨著宇宙膨脹導致的空間增大而遞減。（只有一小部份的物質是以發光恆星的形式存在；其餘的大部份都被認為是暗物質，除了受到相吸的重力之外，暗物質與其他普通物質和光之間的交互作用十分微弱。）雖然對於暗能量的所知有限，但是我們卻預期它的密度在宇宙膨脹時，變化得非常緩慢，或者根本保持不變。現今的暗能量密度已經大於物質的密度，但在很久以前，物質的密度是較大的，因此那時的宇宙是處於減速膨脹的階段。
宇宙學家尚有其他原因希望宇宙不是總在加速膨脹的。因為若真如此，科學家將無法解釋現今觀測到的宇宙結構。根據宇宙學的理論，星系、星系群和大尺度結構，都是從早期宇宙中，質量密度的微擾演化而來，這也正是宇宙微波背景（CMB）輻射的溫度異向性告訴我們的。在物質分佈較密集的區域，較強的重引力會阻止它膨脹，進而形成一個受重力所縛的天體，從我們的星系一直到大星系群亦然。但若宇宙一直都在加速膨脹，那麼這些結構早在形成前就已經被拉散。再者，若膨脹一直都在加速，那麼CMB的異向性變化，和在大霹靂之後數秒所生成的輕元素含量，這兩項早期宇宙的關鍵宇宙學預測，也會悖離現今的觀測。
然而，找尋宇宙早期曾經減速膨脹的直接證據還是非常重要的。如此的證據將有助於確立宇宙學標準模型的地位，並且給科學家一條現今宇宙之所以會加速膨脹的線索。因為望遠鏡在觀測非常遙遠的恆星和星系時，就好像在回溯過往，因此天文學家可藉由觀測遙遠的天體，一窺宇宙的膨脹史。而這段歷史就潛藏在星系的距離和其遠離速率的關係當中。倘若宇宙是在減速膨脹，那麼遠處星系的遠離速率便會比哈伯定律所預期的速率快。但若宇宙是在加速膨脹，遠處星系的速率則會比預期來得慢。換句話說，若宇宙是在加速膨脹，那麼具有某一給定遠離速率星系的位置，便會比預期中更遠，因而更顯晦黯。
天文學家於1990年代末期，利用數十億光年遠的超新星，研究發現整個宇宙在加速膨脹，可能是由神秘的暗能量（dark energy）所引起。不過，最近有新的研究顯示：其實暗能量就存在於我們周邊，而且或許30年前，科學家就已偵測到暗能量的存在。
宇宙膨脹這個事實，在1920年代，就已經利用星系遠離我們的速度而得知，是謂「哈伯膨脹（Hubble expansion）」。1972年，美國加州卡內基天文台（Carnegie Observatories）的Allan Sandage（右圖）提議：鄰近地球的宇宙空間--整個宇宙膨脹速度最慢的地方，星系團之間的重力吸引應該會讓它們隨宇宙膨脹的速度有明顯的差異，否則的話，這些星系團的隨宇宙膨脹的速度應該相當接近。這種速度差異稱為「本動速度（peculiar velocities）」。但是，根據實際觀測結果，鄰近區域的星系，尤其是我們銀河系所在的本地星系群（Local Group）的星系之間，這種本動速度卻很小。
這個懸宕30年的疑案，或許就要破案了！
1997年，暗能量學說還未出現之前，美國西雅圖華盛頓大學（University of Washing）Fabio Governato曾利用電腦模擬從大霹靂之後至今星系形成的過程。但是這個模擬無法解釋鄰近星系低本動速度的問題。如今，Governato和他同事捲土重來，並加入暗能量的概念，結果與本地群內外鄰近星系低本動速度的觀測結果完全吻合！這表示：星系其實就像是處在「暗能量海」中的群島一樣。
不過，Governato等人的研究至今尚未有人證實。英國愛丁堡皇家天文台（Royal Observatory）John Peacock認為：在氣體冷卻且速度減慢的區域中，恆星與星系才能自然形成，所以本來這些星體的本動速度就不會太高；如果要用暗能量解釋，就必須去除這些其他可以解釋的因素，才能算是真的有暗能量存在的證據。
Governato的合作伙伴--瑞士蘇黎世大學（University of Zurich）的Andrea Macciò則表示：他同意宇宙中低密度區的星系本動速度可能本來就很低，但是當他們模擬本地群以外的其他鄰近星系的本動速度時，如果沒有暗能量，根本沒辦法解釋這些本地群以外鄰近星系的低本動速度。
所以，這些Governato等人認為：他們的研究的確證明了30年前Sandage提出的建議--鄰近星系的低本動速度，應該就是暗能量造成的。只不過30年前沒有超級電腦，所以沒法證實罷了；而「暗能量」這個概念如果在30年前就已提出來，當時的人可能也不會相信這個理論吧！
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