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11 May

宇宙的年齡

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這篇于 2020-04-12 在臉書發表

那麼,137 億,13.7 billion,年的宇宙年齡如何定位?

答案在救護車裡。

有沒有發現每次當救護車(當然也可以是警車、消防車)響著警笛在你面前快速經過,你聽到的警笛聲由接近你時的高音頻,high frequency,變成遠離你時的低音頻?為甚麽?

這種現象稱為『多普勒效應』,Doppler Effect。看圖吧。

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多普勒效應。
https://forum.huawei.com/enterprise/en/data/attachment/forum/201903/15/160144hr9d2ro69kbghkbc.png?main-qimg-4ceb2c259e672d3c3272191eca53cff1.png

簡單來說,就像在湖面上用手指點一點而產生的水波(水紋),音波是不會跟著聲源一起移動的。當聲源在某個點產生聲音,即使聲源移動,音波還是以原來的點為根據繼續波動。在這情況下,當聲源朝某一個方向移動,那方向的音波之間的距離就相對的小,反正則大。

音波之間的距離是甚麽?就是音頻。距離越小,音頻越高。看圖吧。

那麼,音頻、多普勒效應跟宇宙年齡有甚麽關係?

因為光的頻率跟聲音的頻率特性相似,都會有多普勒效應。

彩虹為甚麽會有七種顏色?因為可見光其實是由不同頻率的光組成,紅色光的頻率最低,紫色光的頻率最高。

當發出光的星星快速遠離地球,由於多普勒效應的關係,我們會看到星星的光偏向紅色,稱為紅移,Red Shift。反之則是紫色。

太空科技不斷進步,高效能的望遠鏡越來越精確。所有宇宙望遠鏡都探測到星星的紅移,無論哪個方向看,而且離我們越遠的星星越偏紅移,這表明了我們的宇宙正在膨脹。

宇宙正在膨脹表明了甚麽?將時間反轉,你會看到宇宙正在缩小。

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宇宙膨脹模型圖。
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Lambda-Cold_Dark_Matter%2C_Accelerated_Expansion_of_the_Universe%2C_Big_Bang-Inflation.jpg

就這樣,科學家收集大量各種數據來計算,導出 137 億年前,所有星星的位置都處在同一點,而這一點是無限小,稱為『奇點』,Singularity。

科學目前還沒有辦法完美的解釋奇點內是甚麽,不過我們所知的相對論,Theory of Relativity,物理在奇點失效。量子論,Quantum Mechanic,基於量子論的弦理論,String Theory,甚至是 M 理論,M-Theory (沒有人知道到底 ‘M’ 代表甚麽),都期望能提供一個完美的解釋。

Categories: 科學?魔法?
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