宇宙學問答---最終題進行中
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宇宙學問答---最終題進行中| 呂抗 |
發表於： Mar 3 2008, 16:44
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仕官  發表數： 40 所屬群組： 一般 註冊日期： 1-10-2008 活躍：2 聲望：21  |
就我僅知道的說一下, 紅移現象的確意味著宇宙正在擴張, 但擴張的速度正在增加與否, 唸書時直到現在也沒有深究過. (我是壞學生  )紅移現象跟Doppler Effect有關, 若wave source以某一固定的相對速度離開觀測者. 觀測者錄得的apparent wavelength, 比wave source本身放出的wavelength為長. 同樣, 在地球上測得自星體放出的不同原素的光譜, 跟在實驗室的原素光譜比較, 是向紅光那邊偏移, 表示apparent wavelength較長, 也表示星體正在遠離地球, 此為宇宙擴張的證據. 不過, 要證實擴張速度有否改變, 不知可否從這方面入手呢? 1. 比較同一星體的紅移幅度是否隨時間改變. (但恐怕有生之年內, 也測不到甚麼顯著改變) 2. 比較不同年歲的星體的紅移幅度 3. Any other method  |
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| one way ticket |
發表於： Mar 3 2008, 16:59
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 五品官 發表數： 775 所屬群組： 一般 註冊日期： 10-19-2003 活躍：7 聲望：165 |
星系遠離不會有任何交互作用...所以極限不一定只限於光速吧? 而且現在很流行VSL學說,早期宇宙的光速比現在的光速快好幾倍... -------------------- |
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| 徐元直 |
發表於： Mar 4 2008, 05:02
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 攤抖首領 發表數： 7,909 所屬群組： 君主 註冊日期： 9-18-2003 活躍：63 聲望：4175 |
第一題的答案：
A. 宇宙的半徑大於137億光年 恭喜仲達、one way ticket、蜀漢劉備、漣漪......（嘿，恭喜而已，沒有獎的） 第一個答中的是司馬仲達，可惜仲達兄的設想並不正確。 我們的宇宙確實是由大爆炸前一個沒有半徑的點擴散至今，而散發出來物質所佔據的空間已經遠遠超過了137億光年---腦子快的人很快會想到這意味著甚麼。 沒錯，宇宙膨脹的速度是超過光速的。根據最新的觀測結果，今天的宇宙依然在膨脹，並且很有可能不斷膨脹下去，直至所有的能量散發殆盡。此時此刻正在以超光速遠離我們的星星，比起其他正在以亞光速遠離我們或是正在接近我們的星星，要多得多。 相對論告訴我們：任何具有靜止質量的物體都無法以光速移動，更不要說超過光速了。光速就是這個世界的最高限速。那麼，137億年前炸出來的物質很明顯是有質量的，由這些物質組成的宇宙中數不盡的星球、星系乃至類星體、黑洞通通都是有質量的，它們怎可能在137億年的時間裏以超光速的步伐走過遠超137億光年的距離呢？是廣義相對論被推翻了嗎？ 第二位答中的單程票同學說了一句話：‘星系遠離不會有任何交互作用...所以極限不一定只限於光速吧？’。這點其實頗爲接近事實的真相，不過這句話説得模糊，很多人未必明白其中的意義。 如果由一位物理學家來解釋這個問題，他可能會告訴你：‘廣義相對論沒有被違反，因為星系（或者星系群）根本沒有在動，更不要說超光速了。只是由於空間越變越長，讓它們看起來像是在移動而已。’聼起來有點強詞奪理？但這確實是物理學對宇宙膨脹超光速的解釋，當然這是簡化了的解釋。換個角度來説，廣義相對論只限制物體在一個慣性參照系下移動速度不得超過光速，比如説一架飛機在地球上空超光速飛行，地球在銀河系裏超光速亂跑，銀河系在附近的星系之間超光速亂舞，這些都不可能。但對於相隔極遠的星系來説，宇宙空空如也，它們之間已經不存在甚麼慣性參照系了，沒有慣性參照系就無所謂運動，這時候它們之間的距離以超光速的速率增加也完全是可能的---既然那連運動都不是，又怎算是超光速運動呢？當然，這只是我作爲一個外行對相對論與超光速宇宙膨脹的形象化描述，不保證物理意義上的絕對準確。不過除了使用數學描述外，恐怕也沒法保證。 要更深入地理解這一切，必須先補充一些背景知識。 愛因斯坦對於自然的本質有一種出於感性的執念，他曾經試圖證明世界不是由機率所組成的，也曾深信爲宇宙是靜態的，是永恒的，可惜這些願望都被科學發現所摧毀了。我們現在知道宇宙有始，也有終。決定宇宙命運的是兩種東西---宇宙的膨脹速度與萬有引力。他們互相較勁---如果萬有引力贏了，一切都將重新聚合，回到原點；而如果宇宙膨脹贏了，一切能量都將消散殆盡，一切活動都將停止，時間，也將走到盡頭。 在十多年前，多數專家仍然對萬有引力比較看好，然而根據近十年來的最新觀察，宇宙膨脹似乎將無可避免地成爲最終的贏家。 宇宙裏有很多星星，但這些星星不是均勻分佈的。由於引力的關係，星星喜歡聚到一起，形成星系。有些星系是孤零零的一個，周圍是一大片空曠的空間，也許它在以前是由許多星系組成的星系群，但隨著時間的流逝與引力的羈絆，大家最終走到了一起。而我們的銀河系周圍則有很多鄰居星系，現在還是一個星系群落，但我們最終也會走到一起，成爲一個周圍沒有鄰居的，孤單的大星系。 萬有引力能夠聚合由鄰近星系所組成的群落，對於離得很遠的其他星系卻是無能爲力。万有引力隨著距離增加而衰減，宇宙膨脹的幅度卻隨著距離增加而增加。 宇宙紅移理論的奠基者哈勃老大告訴我們，宇宙是膨脹的，而且是均勻膨脹的。均勻膨脹的意思就是空間膨脹的幅度會隨著距離的增加而按固定比例增加，這個特性與這種膨脹比例在宇宙的任何一處都成立---這個道理就是著名的哈勃定律，而這個比例則叫做哈勃常數。哈勃常數是經過多年的觀測與修正才確定下來的，在哈勃的時代（70多年前）人們曾經將這個常數估算為500。一直到最近這十多年，人們有了更先進的觀測手段，才終于獲得了一個比較精確的數字。 哈勃常數H(0)=71km/s/Mpc （誤差正負5） (別害怕，暫時不會有更多的符號或公式跑出來  )Mpc即百萬秒差，跟光年一樣是距離單位，1Mpc等於3,261,636光年。這個常數的意思是，宇宙中每一個百萬秒差（Mpc）的距離正在以每秒71公里的速度延伸。換句話說，如果有一個星系距離地球正好一個百萬秒差，則空間膨脹會使這個星系以每秒71公里的速度遠離地球。如果有一個星系距離地球正好兩個百萬秒差，則空間膨脹會使這個星系以每秒142公里的速度遠離地球。 看起來不怎麼快，對嗎？畢竟71公里每秒比起3,261,636光年差太遠了。如果拿一條像皮筋按這個速度與長度的比例來拉伸，拉上一百年也只比原來拉長了0.0000007%！ 但別忘了宇宙的尺度是很難用我們所熟悉的單位來理解的。我要出的第二個問題同樣根尺度有關...... （讀者（怒）：喂喂！你講了那麽多長篇大論的廢話，怎麼還沒有告訴我們宇宙究竟有多大啊？不是來公佈答案嗎！？） 呵......這個嘛，其實我也不知道啦。別踢我，你去問天文學家也一樣，事實上沒人知道全部的宇宙有多大。我們有可能觀測到的宇宙確實已經超過了137億光年的範圍，但我們能夠觀測到的距離依然是有限的----遠遠不到2400億光年，而更遠處應該還有更多的東西我們看不到。第二個問題就與此有關。 第二條問題： 我們有可能夠觀測到的宇宙最遠距離由甚麼決定？ A. 光速除以哈勃常數 B. 光速除以哈勃常數然後乘二 C. 137億年前（減去一開始的急劇擴張和宇宙透明化那幾十万年，下同）離我們最遠的星體現在的位置 D. 137億年前離我們最近的星體現在的位置 E. 137億年前離我們137億光年的星體現在的位置 F. 以上皆非 本篇文章已被 徐元直 於 Mar 4 2008, 05:18 編輯過 -------------------- ......
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| 蜀漢劉備 |
發表於： Mar 4 2008, 08:06
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 含恨隱退 發表數： 846 所屬群組： 待認證 註冊日期： 11-18-2007 活躍：2 聲望：-71 |
↑是這兩個，看過書(忘記了  )A吧... -------------------- 含恨隱退……
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| 阿暪 |
發表於： Mar 4 2008, 11:46
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 一品官 發表數： 5,279 所屬群組： 一般 註冊日期： 8-17-2004 活躍：37 聲望：1208 |
有可能觀測到是指「將來也有可能」觀測到, 還是「現在有可能」觀測到? -------------------- 暗淡了刀光劍影，遠去了鼓角錚鳴
眼前飛揚著一個個鮮活的面容 湮沒了黃塵古道，荒蕪了烽火邊城 歲月啊！你帶不走那一串串熟悉的姓名 興亡誰人定啊！盛衰豈無憑啊！ 一頁風雲散啊...變幻了時空 聚散皆是緣啊！離合總關情啊！ 擔當生前事啊...何計身後評？ 長江有意化作淚，長江有情起歌聲 歷史的天空，閃爍幾顆星 人間一股英雄氣... 在馳騁縱橫... |
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| 徐元直 |
發表於： Mar 4 2008, 11:48
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攤抖首領 發表數： 7,909 所屬群組： 君主 註冊日期： 9-18-2003 活躍：63 聲望：4175 |
現在。
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| 阿暪 |
發表於： Mar 4 2008, 12:14
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一品官 發表數： 5,279 所屬群組： 一般 註冊日期： 8-17-2004 活躍：37 聲望：1208 |
哈勃常數會隨著宇宙膨脹的速度而改變 -------------------- 暗淡了刀光劍影，遠去了鼓角錚鳴
眼前飛揚著一個個鮮活的面容 湮沒了黃塵古道，荒蕪了烽火邊城 歲月啊！你帶不走那一串串熟悉的姓名 興亡誰人定啊！盛衰豈無憑啊！ 一頁風雲散啊...變幻了時空 聚散皆是緣啊！離合總關情啊！ 擔當生前事啊...何計身後評？ 長江有意化作淚，長江有情起歌聲 歷史的天空，閃爍幾顆星 人間一股英雄氣... 在馳騁縱橫... |
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| 蜀漢劉備 |
發表於： Mar 4 2008, 12:27
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含恨隱退 發表數： 846 所屬群組： 待認證 註冊日期： 11-18-2007 活躍：2 聲望：-71 |
元直兄問現在ma -------------------- 含恨隱退……
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| one way ticket |
發表於： Mar 4 2008, 14:39
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五品官 發表數： 775 所屬群組： 一般 註冊日期： 10-19-2003 活躍：7 聲望：165 |
看來是我理解錯誤
 我想答案應該是A吧... 但是如果單單是A的話可觀察宇宙內離地球最遠的星體是正在以光速或接近光速的速度離開地球(137億年前),實際地球和事界距離(現在 ) 應該比觀察到的遠好幾倍... 本篇文章已被 one way ticket 於 Mar 4 2008, 21:35 編輯過 -------------------- |
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| 徐元直 |
發表於： Mar 4 2008, 15:46
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攤抖首領 發表數： 7,909 所屬群組： 君主 註冊日期： 9-18-2003 活躍：63 聲望：4175 |
請用H(0)。 你不做題嗎？ -------------------- ......
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| 阿瞞 |
發表於： Mar 5 2008, 04:52
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 八品官 發表數： 203 所屬群組： 一般 註冊日期： 2-06-2007 活躍：1 聲望：51 |
我的答案是F. A-這是現在正以光速離開我們的星系跟我們的距離. 這並不等於現在的可觀測宇宙的範圍 B- 這是上述範圍(半徑)的直徑. C- 「離我們最遠的星體」- 離我們最遠不代表甚麼. 如果這樣的話, 豈非即是可觀測宇宙 = 宇宙全部? 但是, 如果C 是指 透明的宇宙「之內」 -「最遠的星體」, 則答案是C. 因為這段時期的這範圍宇宙大小和後來的膨脹, 並未足以令那裡的光還未到地球. D - 我們不只看到最近的星體呀. E - 因為空間膨脹了, 當時當地的光還未到地球. 本篇文章已被 阿瞞 於 Mar 5 2008, 04:58 編輯過 -------------------- 暗淡了刀光劍影，遠去了鼓角錚鳴
眼前飛揚著一個個鮮活的面容 湮沒了黃塵古道，荒蕪了烽火邊城 歲月啊！你帶不走那一串串熟悉的姓名 興亡誰人定啊！盛衰豈無憑啊！ 一頁風雲散啊...變幻了時空 聚散皆是緣啊！離合總關情啊！ 擔當生前事啊...何計身後評？ 長江有意化作淚，長江有情起歌聲 歷史的天空，閃爍幾顆星 人間一股英雄氣... 在馳騁縱橫... |
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| 徐元直 |
發表於： Mar 5 2008, 16:55
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攤抖首領 發表數： 7,909 所屬群組： 君主 註冊日期： 9-18-2003 活躍：63 聲望：4175 |
「透明」是指光子能夠自由活動之後。據我理解，只有宇宙透明化「之前」或「之後」，沒有透明的宇宙「之內」或「之外」。 -------------------- ......
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| 阿瞞 |
發表於： Mar 6 2008, 00:57
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八品官 發表數： 203 所屬群組： 一般 註冊日期： 2-06-2007 活躍：1 聲望：51 |
我上面的確說得比較模糊, 上面是指宇宙透明化後能到達地球的光的範圍「之內」, 所謂之外, 即是指那些地方, 如果那裡的光能到達地球, 發出這些光的時間還在宇宙透明化之前. 總之, 就是說現在限制可觀測宇宙距離是某時間之前宇宙還未透明, 我們未能看到更遠或更早時間, 是因為當時的光被阻擋了, 而不是當時的光未有足夠時間到達地球. 本篇文章已被 阿瞞 於 Mar 6 2008, 01:14 編輯過 -------------------- 暗淡了刀光劍影，遠去了鼓角錚鳴
眼前飛揚著一個個鮮活的面容 湮沒了黃塵古道，荒蕪了烽火邊城 歲月啊！你帶不走那一串串熟悉的姓名 興亡誰人定啊！盛衰豈無憑啊！ 一頁風雲散啊...變幻了時空 聚散皆是緣啊！離合總關情啊！ 擔當生前事啊...何計身後評？ 長江有意化作淚，長江有情起歌聲 歷史的天空，閃爍幾顆星 人間一股英雄氣... 在馳騁縱橫... |
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| 陳啟明 |
發表於： Mar 6 2008, 16:40
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五品官 發表數： 954 所屬群組： 一般 註冊日期： 12-13-2003 活躍：4 聲望：8 |
引入哈柏定律：
Vf = Hc x D 參數說明： Vf：Velocity ( Far Away ) 遠離速率 單位：km s-1 Hc：Hubble's Constant 哈柏常數 單位：km s-1 Mpc-1 D：Distance 相對地球的距離 單位：Mpc（百萬秒差距） 當物體遠離速度觀者為光速，則物體所發出的光引為都卜勒效應而不能抵達觀察者 設Vf為光速，則觀察距離D的上限為Vf/Hc 代入H(0)=71km/s/Mpc ， c=299,792,458m s-1 D=Vf/Hc D=299,792,458m s-1/71x10^3m s-1 Mpc-1 D=4222.43Mpc 或 D=1.3772X10^10光年 or 137.72億光年 因此答案為 A. 光速除以哈勃常數 -------------------- 十年
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| 耒戈氏 |
發表於： Mar 9 2008, 12:23
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反潮流才是王道！！ 發表數： 6,255 所屬群組： 太守 註冊日期： 7-15-2007 活躍：23 聲望：1540 |
做題？呃，說完好像沒有說...不過其他人應該有興趣知道答案
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| 蜀漢劉備 |
發表於： Mar 10 2008, 12:59
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含恨隱退 發表數： 846 所屬群組： 待認證 註冊日期： 11-18-2007 活躍：2 聲望：-71 |
可以開估未
等左好耐 -------------------- 含恨隱退……
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| 徐元直 |
發表於： Mar 18 2008, 22:51
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攤抖首領 發表數： 7,909 所屬群組： 君主 註冊日期： 9-18-2003 活躍：63 聲望：4175 |
抱歉，最近沒時間寫長篇大論的科普文章了，不過可以公佈一下答案。阿瞞的答案基本上是正確的---除了粗體字那一行我不太明白他在講甚麼之外。
答案： F. 以上皆非 上面有人認爲哈勃半徑才是答案，我的解釋如下：雖然位于哈勃半徑上的星體正以光速遠離我們，但我們今天看見的這一星體的光，是在很多年前（小於137億年）于一個短得多的距離上發出的。基於這個道理，我們完全可以看見現在位于哈勃半徑甚至更遠的地方的星體所發出的光。 我們現在有可能觀測到的宇宙最遠距離並不取決於哈柏半徑，而是取決於粒子視界(Particle Horizon)。甚麼是粒子視界？這是指以光速行進的粒子在大爆炸至今天這段時間内（在不斷膨脹的空間裏）所走過的路綫長度，因此這是我們如今所能觀察的最遠距離。由於宇宙空間在膨脹，這個路綫在一百三十多億年的時間裏也在膨脹，所以它比一百三十多億光年的哈勃半徑要長得多。 我看過一些文章---包括不少科普文章、天文學介紹---把哈勃半徑等同于可見宇宙的範圍。這是個很常見的，即使對天文學有一定認識的人也容易犯的錯誤。 第三條問題： 想象某個星系（畢竟在這種距離上以現有的手段只能觀測到星系）現在跟我們的距離正好等於哈勃半徑，也就是說它正在以光速退行（遠離我們），而且這個退行速度會越來越快。假設哈伯半徑正好是137億光年，哈勃時間正好是137億年，而宇宙將繼續膨脹下去。 A. 這個星系將在小於137億年之後從我們的視界中徹底消失。 B. 這個星系將正好在137億年之後從我們的視界中徹底消失。 C. 這個星系將在大於137億年之後從我們的視界中徹底消失。 D. 這個星系至少在宇宙終結之前不會從我們的視界中徹底消失。 p.s. 我們的視界指我們在地球所能看到的東西，請忽略地球或人類將在更短時間内消失的可能性。話説回來，銀河系的半徑只有幾萬光年，就算以後人類佔掉了整個銀河系，在銀河系任何一處進行觀測，視界也都差不多。 本篇文章已被 徐元直 於 Mar 18 2008, 22:57 編輯過 -------------------- ......
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| 蜀漢劉備 |
發表於： Mar 19 2008, 03:00
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含恨隱退 發表數： 846 所屬群組： 待認證 註冊日期： 11-18-2007 活躍：2 聲望：-71 |
我的答案是
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| mxpal |
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 九品官 發表數： 83 所屬群組： 一般 註冊日期： 3-21-2008 活躍：3 聲望：22 |
好，潛夠水了，是時候清清嗓子
先向徐兄致敬!  答案是D 既然該恆星的光已經到達地球，任宇宙再膨脹都不會對其做成影響，不論距離多遠，該恆星發出的光總會於一個固定時間後到達。 |
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| Caesar |
發表於： Apr 2 2008, 06:49
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Loop 發表數： 7,489 所屬群組： 軍團長 註冊日期： 12-18-2004 活躍：51 聲望：2218 |
(從前只看過有限量的參考書 ,對這個所知實在有限....)
(看了很久 ,還是決定盡我所理解到的來嘗試作答.(話說回來,都是看樓上的對話得出來的)) 首先有一個疑問 , 我們「看到的東西」,都應該在我們 「可觀察到的宇宙最遠範圍」之內吧 . 那麼 ,既然我們 「可觀察到的宇宙最遠範圍」比哈勃半徑要長得多 ,而那星系跟我們的距離又正好等於哈勃半徑 ,那我們是應該「觀察」到它的 . 這樣的話答案應該是 D吧. (但話又說回來 ,先前所說的「可觀察到的最遠範圍」和「我們看到的東西」是同一樣東西嗎?) -------------------- |
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