發信人: mkuhigh.bbs@ptt.cc (重新開始) 日期: 10 Apr 2005 19:21:06 +0800 (CST) 標題: 宇宙論系列 1.1 -- 宇宙的大尺度結構 (二) 信群: tw.bbs.sci.astronomy 看板: sky 來源: <4HXMY9$KuY@ptt.cc>:24547, sally.csie.ntu.edu.tw 組織: 批踢踢實業 在數百 Mpc 的尺度下, 宇宙看起來就比較均勻[一]. 在大尺度中, 從銀河 分佈的等向性[二], 我們可以推出均質性[三]. 理由是, 由地球所看到的等 向性應可以寫成某個函數 n(r), 跟觀測方向無關, 只跟距離有關. 假設 n(r) 不是常數, 那麼只會存在一個維一的對稱點 r=0, 也就是地球本身. 換句話 說, 這個宇宙是以地球為對稱中心. 事實上, 我們可以很合理地認為地球沒 有這個特權. 因此, 推論出 n(r) 一定是個常數. 也就是說, 在大尺度下, 銀河系的分怖是均質的. 其它關於大尺度的等向性(等同於均質性)的證據包括遠方無線電源[四] 和 X 射線背景漫射[五]的觀測. 遠方無線電源 -- 無線電星系和類星體在 天空中都是隨機分怖. 有一些大約是 3000 Mpc 遠. 它們的隨機分佈證實了 大尺度下的等向性. 同樣的, 從遠方而來的 X 射線漫射, 也是均勻地分佈 在天空. 但是, 等向性最強的證據在於宇宙微波背景輻射[六]的觀測. 宇宙微波背 景輻射是與早期炎熱宇宙的遺跡. 由於它的在太空中的均勻分怖, 代表宇宙 早期是極度地均勻. 大尺度宇宙的等向性和均質性暗示著, 對於所有的觀察者而言, 不論他們 在宇宙的何處, 對於大尺度的銀河密度, 看起來都是一樣. 對於大尺度宇宙 而言, 最特別的就是缺乏特別性. 因此, 在宇宙中任何位置都是平等的 -- 除了小尺度的不規則外 -- 就被視為 "宇宙學原理" [七]. 對於銀河分佈均質性的直接測量, 我們需要知道測量這些銀河的距離. 但 是這種測量 (不管是直接方式, 或是利用紅移), 只能適用於一小部份的銀 河. 相反的, 我們利用已知的亮度[八]來計算銀河系的數目, 並用這個來測 試宇宙的均質性. 我們發現星群的亮度和銀河的數量有某個正比關係, 因此 這個關係可以被用來當做測試宇宙均質性的直接手法. 對於較近, 較亮的銀河系, 首先由赫伯觀測和計算, 而且發現計算結果跟 我們的公式吻合. 這是第一次用直接手法證實大尺度宇宙的均質性; 再來的 研究推向更遠, 更昏暗的銀河群, 其結果也跟我們的公式吻合. 但是, 當科 學家觀測最昏暗的星群時, 便跟公式有出入. 合理的解釋是由於時空扭曲和 銀河光芒的演化 -- 因為我們看到最遠方的星系的光芒, 是他們過去發出來 的, 而不是現在的亮度. 這個隨時間變化的亮度使得我們的公式失去準度. 對於無線電源, 如無線電星系和類星體星系, 也無法用我們的公式預測. 在低亮度無線電源, 數量比預期多. 一般咸信這是因為演化的結果. 假如亮 度隨時間改變會影響預測的準度, 那麼無線電源密度的改變也應該會影響. 此外, 無線電源演化的結果, 也可以用來駁斥由 Bondi 等人所提出的 "穩定宇宙論" [九]. 亦即, 宇宙沒有開始, 沒有結束. 宇宙的平均性質維 持恆常, 不但不隨空間變化, 也不隨時間變化 (完美宇宙學原理). 在這種 理論下, 新的無線電源必需不斷地產生, 以補充消退或移開的無線電源. 而 且, 平均光度[十]和密度也維持恆常. 但是在 1955 年, 對無線電源的計數反駁了穩定宇宙論. 後來, 更精確的 計數再次確認了上述結果. 至於類星體, 後來也改用光學亮度, 而非無線電 來計算數量. 觀測的結果也顯示過去的類星體密度要比現在還高. 另一套用 紅移來測量的結果也得到相同結論. 這些再次反駁穩定宇宙論. -------------------------------------- 註: [一]均勻 -- uniform [二]等向性 -- isotropy [三]均質性 -- homogeneity [四]無線電源 -- radio source [五] X 射線背景漫射 -- diffuse X-ray background [六]宇宙微波背景輻射 -- cosmic microwave background radiation [七]宇宙學原理 -- Cosmological Principle [八]亮度 -- brightness [九]穩定宇宙論 -- steady-state theory of the universe [十]光度 -- luminosity -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 141.212.191.101 .