觀念天文學（上下）套書

開課時造成轟動，登上《時代》雜誌的天文課
最完整有趣的宇宙導覽手冊
由世界級的頂尖天文物理學家執筆，由傑出的台灣教授翻譯

觀念天文學（上下）套書

《觀念天文學》（上） 　　這是最受歡迎的天文通識課， 　　由三位世界級天文物理學家主講。 　　一路帶領著我們遨遊浩瀚無垠的宇宙， 　　從地球出發，經過行星、恆星、星系到黑洞。 　　為什麼有白天和黑夜？為什麼有四季交替？ 　　恆星如何誕生？又會怎樣落幕？ 　　閃耀的星光究竟透露出什麼祕密？ 　　冥王星為何被降級，再也當不成行星？ 　　銀河系有多少顆恆星？有多少顆行星可能有生命？ 　　類星體是什麼？難道是超級大黑洞？ 　　這門課在普林斯頓大學開講時， 　　大家爭相搶修，轟動到必須換到大講堂上課。 　　現在，你可以跟著三位夢寐以求的老師， 　　一起探索精采無比的宇宙。 　《觀念天文學》（下） 　　歡迎光臨宇宙！ 　　你一出生，就成為宇宙的公民， 　　這個宇宙有那麼多不可思議的新奇事情， 　　等著你去一探究竟。 　　愛因斯坦如何靠著想像描繪出相對論？ 　　你知道什麼是黑洞、蟲洞和白洞？ 　　相對論、蟲洞、宇宙弦，竟然可以用來時光旅行？ 　　讓霍金聲名大噪的研究是什麼？ 　　宇宙如何開始？未來的命運又將如何？ 　　為什麼人類移民外太空勢在必行？ 　　這套書是最佳宇宙導覽手冊， 　　用深入淺出的方式， 　　帶領我們欣賞天文學的重大發現， 　　以及物理學的最前沿進展。

觀念天文學（上下）套書

歡迎光臨宇宙 　　我們寫這本書的目的，是想幫助你深入了解我們所在的宇宙。這本書起源於我們三人在普林斯頓大學開給大學部非理工科學生選修的天文課程，而這類學生在此之前可能從未修過科學課程。為了這門課，我們的同事兼大學部教務主任妮塔．貝寇，排了泰森、史特勞斯和我來教這門課。 　　泰森在對科學家以外的人講述科學上很有天分，所以是顯而易見的選擇。史特勞斯剛發現宇宙最遙遠的類星體，而我則剛獲得普林斯頓大學校長頒發的傑出教學獎。這門大張旗鼓開設的課，吸引了非常多學生選修，我們那棟大樓的教室容不下，只得改到物理系最大的講堂上課。泰森主講「恆星與行星」，史特勞斯講授「星系與類星體」，而我則負責「愛因斯坦、相對論與宇宙論」。泰森在二○○七年獲選《時代》雜誌全球百大最具影響力人士，雜誌也報導了這門課。本書除了擁有諸多特點之外，你還可以親自體驗到泰森身為教授的功力，以及他的教學內容。 　　我們在教這門課數年之後，決定把內容寫成書，造福渴望深入了解宇宙的讀者。 　　宇宙精采無比。在第一章裡，泰森會說明宇宙為何讓人敬畏有加。宇宙或許讓許多人大感振奮，但是同時也讓人深覺渺小。但是本書的目標是想賦予你理解宇宙的能力，讓你信心十足。人類已經知道重力如何作用、恆星如何演化，以及宇宙的年齡有多大。這些都是人類經由思索和觀察所獲得的重大成就，應該會讓你覺得何其有幸，能夠身為人類這個物種的一份子。 　　宇宙在呼喚了，讓我們啟程吧。 （本文為節錄，完整內文請見觀念天文學（上下）套書）

■　在大霹靂的前一刻，發生了什麼事？

科學新聞由Pansci.tw泛科學提供

文／BBC知識國際中文版

宇宙並非一直是現在的模樣。將近 140 億年前發生了「大霹靂」，各種基本粒子在這時創生了，後來才匯聚成恆星與星系。好消息是宇宙在大霹靂時相當單純（現今的宇宙反而複雜難解），意謂宇宙學家可以算出萬物是怎麼演進的。

大霹靂之初，宇宙內充滿熾熱且幾乎均勻一致的基本粒子雲氣。「幾乎」這個詞至關重要，因為粒子雲中的粒子密度並非完全均一，而是某些區域的密度略高。宇宙學家如果知道這種密度變化的樣態，就有辦法算出雲氣的演變。

這團雲氣一開始邊降溫邊擴張，然而重力逐漸促使密度較高的區域吸引更多物質，導致該區密度越來越高。數億年後，某些氫氣雲的密度高到足以引發核融合反應，開始發光發熱；這些就是最早的恆星。宇宙學家能夠計算宇宙中的物質如何從一團緻密且熾熱的雲氣開始演變，直到形成星系為止；當中的關鍵參數就是初始雲氣密度分布的型態。然而要得知這些初始條件，就得先了解大霹靂的成因。

過去 15 年來，宇宙學家越來越相信，「宇宙暴漲」理論可以解釋大霹靂的起源，並預測大霹靂時，空間的密度變化。也就是說，我們能以此計算出現今觀察到的宇宙星系分布型態。

如果這還不夠扣人心弦，宇宙暴漲理論還有個更驚人的證據：它能預測「宇宙微波背景」（cosmic microwave background, CMB）的具體細節。CMB基本上是大霹靂冷卻後的微弱餘暉，提供我們一幅宇宙誕生數十萬年之後的影像。

CMB 是大霹靂 38 萬年後發出，一路暢行無阻、穿越宇宙時空而來的光。在上述的時間點，光突然不再與雲氣中的粒子交互作用，開始筆直路徑，幾乎不再散射偏折；現在我們接收到的這些光是以微波形式存在（其實最初是紅外線，但在穿越宇宙過程中，由於宇宙擴張，波長逐漸被拉長，而變成微波）。宇宙學家透過測量 CMB，繪製出當時的雲氣密度分布圖；這些雲氣在宇宙誕生後旋即存在，並且不斷冷卻。

我們可以比較實際觀測與理論計算。倘若宇宙在大霹靂開始時，就以暴漲理論所預測的密度變化分布，那麼計算結果將和我們觀測到的 CMB 完全相同。這是支持宇宙暴漲理論的重要證據，不過究竟什麼是宇宙暴漲？

暴漲理論的基本構想是，空無一物的空間曾經充斥「暴漲子場」（inflaton field），其蘊含的能量導致空間急遽擴張，速度很可能快到讓萬物急速遠離彼此，因此宇宙轉眼間變得又冷又空洞。由於暴漲子的能量持續流失，急遽擴張時期一段時間後就結束了，留下充滿冷卻暴漲子雲氣的宇宙。這些暴漲子進一步衰變成其他較穩定的粒子，較重的冷暴漲子雲氣變成較輕粒子組成的熾熱雲氣，而產生大霹靂。

宇宙學家最初會受宇宙暴漲的構想所吸引，是因為它（在急遽擴張的早期階段）能產生巨大的宇宙。然而他們很快就了解到，這個理論不止於此：它還預測了大霹靂時的密度分布型態。換句話說，它提供了當時物質如何分布的詳盡指引，而且與現今觀測到的星系及宇宙微波背景分布完全吻合（如前文所述）。對量子物理而言無可避免的結果，使暴漲理論獲得驚人成功。我們可以藉由數學回到大霹靂發生前一刻：當時比質子的十億分之一還小的空間，日後卻擴張成整個可見宇宙。雖然極度難以想像，但絲毫不妨礙我們計算當時發生的一切。

有了宇宙暴漲，我們就能解釋大霹靂的由來，對於宇宙可見區域的未來也有了新的探究依據。劇情說不定是這樣發展的：宇宙暴漲持續一段非常長的時間（或許是無窮久），直至某個區域停止，這個區域後來發展成我們現今看到的宇宙。在這種情況下，大霹靂就不是開端了，而是整個宇宙史上的某一刻而已。

由於現今的宇宙空間正在輕微加速擴張，宇宙在遙遠的未來，將不會有終點。它會持續擴張下去，星系越來越稀疏， 溫度越來越低。1,000億年後，銀河系將坐落在唯一的超星系團裡，其他高速遠離的星系發出的光，將永遠到不了地球；屆時將沒有遙遠星系可供天文學家觀測。相較之下，我們所看到的宇宙有趣多了。我們何其榮幸，誕生在能夠探索諸多宇宙奧祕的時代。

（本文為節錄，完整內文請見 【Pansci.tw泛科學】
在大霹靂的前一刻，發生了什麼事？）

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