2012 九月號

第八十三期電子報  出刊日期:1010906   


 

生命的存在 黑洞的恩惠

 

位於銀河系中心那隻吞噬萬物的野獸,或許能用來解釋地球之所以存在並適宜生命的原因。

 

 

 

 

 

我們生存在宇宙這一方微小角落的時間是非常短暫的,大自然完全無視於我們的需求,在廣闊無垠的時空尺度上揮灑其偉大的作為。或許我們唯一能寥以慰藉的,就是我們擁有對於居住地點提出質疑並尋求答案的無窮能力。我們存在的獨特環境,如何與統籌了眾多恆星、星系與黑洞的雄偉宇宙藍圖緊密連結,就是我們現在要問的問題之一。

 

有許多宇宙現象能影響生命的存在,但有些會比其他的重要一點,擁有獨特本質的黑洞就是其中之一,宇宙中沒有其他物體能比它更有效率地將物質轉變成能量;也只有它能像個極巨大的旋轉電池般,將物質以近乎光速彈射到數萬光年之外。黑洞誘捕周遭物質的能力同樣無與倫比——它們是宇宙裡最強大的終極食客,就像個大胃王似的,它們通常不會細嚼慢嚥,而是狼吞虎嚥地吞食物質。

 

這應該不會太讓人驚訝吧!當然,你必須要學識淵博才能成為科學家,但學識淵博並不一定能造就一名科學家,要成為科學家的條件是無知。這話聽起來好像有些荒謬,但對科學家來說,事實只是個起點,如同劇作家蕭伯納在某個晚宴上向愛因斯坦舉杯敬酒時諷刺的宣告,在科學範疇裡,每個新發現都會再引出10個新問題。

 

墜入黑洞的物質並不會默不作聲。在接近事件視界時,它們會以極高的速度運動,若黑洞正在旋轉,它們更會在其周邊跟著超高速旋轉。一旦物質遭遇並撞擊擋在路徑上的任何東西,所釋放出來的巨大動能就可以轉化為原子與次原子粒子的運動,以及電磁輻射。由於這些粒子和光子在到達事件視界前便已產生,它們可以掙脫黑洞的控制,洶湧地奔回宇宙。浴缸裡嘈雜的排水過程可用來粗略比擬這個現象,當液體墜入排水管時,水會猛烈撞擊空氣分子,使得某些旋轉動能轉化成聲波。由於聲波速度比水快,它們可逃離排水孔。在巨型黑洞的狀況裡,這種事件驅趕出的能量會對周遭的星系造成廣泛的效應。

 

當天文學家談到物質被餵進超大質量黑洞的現象時,他們會說那是個「負載循環」,就像洗衣機的洗衣過程一樣,出現斷斷續續的晃動。黑洞負載循環的速率,代表了它吞食物質和靜止狀態之間往復變動的頻率。位在銀河系中心的超大質量黑洞目前雖然處於靜止狀態,但它也會不時啟動。天文學家推估銀河系中心黑洞的負載循環,恰好與星系的整體特質息息相關。它也對太陽系為何能夠支持生命的存在,提供了引人入勝的線索。

 

令人詫異的是,天文研究的結果指出巨型黑洞的負載循環與宿主星系多樣的恆星相關。將物質拋入黑洞,啟動其負載循環的動力學程序,也同時影響了居住在星系中的恆星種類;於負載循環高峰期時自閃耀黑洞傾瀉而出的能量,也使得這些恆星的組成更加豐富。這些組成是關於星系系統本質極其重要的線索。星系裡的恆星一般分為紅色、黃色或藍色;藍色的恆星通常質量最大,因此,它們也是最短命的恆星,其核子燃料會在短短的幾百萬年內燃燒殆盡。如果你在夜空中觀測到藍色恆星,代表你正在觀察年輕的恆星系統,與持續進行中的恆星生命徵象。

 

撰文╱沙爾夫(Caleb Scharf)

翻譯/李沃龍

 

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2012年第127期9月號】

 


 

活動訊息_圖示


 

研習活動

 燃燒物理魂-物理演示教學的神奇魅力系列研習課程

  主辦單位:教育部高中物理學科中心
  合辦單位:《科學人雜誌》遠流出版公司
  報名方式:101.09.02起於 「全國教師研究網」登錄報名,額滿為止
  參加對象:各公私立國中、高中、高職物理科、自然領域教師
  研習時數:全程參與者,核予研習時數3小時

【臺中場】
 主題:聽宇宙在唱歌-隨手取材演示共振的奧妙
  日期:101.10.11(四) 13:30~16:30
  地點:台中一中(台中市北區育才街2號)
  師資:林泰生教授
     逢甲大學光電學系/物理教學研究中心
  課程代碼:1114530

【臺北場】
 主題:當我們「擺」在一起!-擺的演示
    帶著彩虹走-「掌中光譜儀」製作
  日期:101.10.16(二) 13:30~14:30
  地點:中山女中(台北市長安東路二段141號)
  師資:朱慶琪教授
     中央大學物理系
  課程代碼:1114616

【新北場】
主題:富蘭克林的風箏-生活DIY創意教電學
 日期:101.11.06(二)13:30~16:30
 地點:臺北市立大理高中(台北市長順街2號)
 師資:陳秋民副教授
    東吳大學物理學系
 課程代碼:1114721

【高雄場】
 主題:當我們「擺」在一起!-擺的演示
    帶著彩虹走-「掌中光譜儀」製作
  日期:101.11.15(四) 10:00~13:30
  地點:高雄中學(高雄市建國三路 50 號)
  師資:朱慶琪教授
     中央大學物理系
  課程代碼:1114780

 

國立臺灣師範大學辦理12年國民基本教育教學典範教案競賽-重大議題融入教學


為激勵並匯聚國內教師精進課程及教學之專業素養,特邀請全國高中職及國中教師,投入以中學生為主體的重大議題課程研發與教學方案,以培養學生對於重大議題的瞭解及認知, 增進重大議題之教育成效。競賽成果將公告於網站上進行教學資源分享,並策動優秀作品之成果分享工作坊,以利教師們交流及後續推廣之用。

相關網址:http://ecourse.sce.ntnu.edu.tw/syllabus_contest/viewpage.php?page_id=35



活動訊息_圖示

丘成桐院士「從幾何和弦論談空間的內在形狀」系列演講

我們真的活在十維時空裡嗎?


【臺南場】
 日期:101.12.7(五) 14:00~16:00
 地點:成功大學成杏校區醫學院一樓第三講堂
    (臺南市北區小東路上)。
 主持人:蘇慧貞
     國立成功大學副校長

【臺北場】
 日期:101.12.8(六) 19:00~21:00
 地點:台灣大學應用力學研究所國際演講廳
 主持人:于 靖
     國立臺灣大學數學系教授
     中研院院士
     臺大數學科學中心(TIMS)主任

【新竹場】
 日期:101.12.10(一) 14:00~16:00
 地點:國立交通大學基礎科學研究大樓B1次軒聽
 主持人:林松山
     國立交通大學應用數學系終身講座教授

主辦單位:遠流出版公司
合辦單位:國家理論科學中心 國立成功大學
     國立台灣大學 國立交通大學
     臺大科學教育發展中心 臺大數學系
      成大數學系 交大應用數學系
     交大丘成桐中心 科學人雜誌
協辦單位:高中數學學科中心 高中物理學科中心

 

【講綱】

1. 香港時節-站在巨人的肩膀上─黎曼幾何學
  高斯和黎曼擘建描述彎曲空間的幾何學,讓人類走出平直的歐基里得幾何。丘成桐在香港短暫的大學時光,初次接觸這些幾何學巨人發展的概念。

2. 柏克萊的震撼-彎曲就是重力─廣義相對論
  借重黎曼幾何學,愛因斯坦終於找到正確的工具描述時空,將重力幾何化了。重力和曲率是一體的兩面,震懾了丘成桐初到加州時好奇求知的心靈。

3. 追求聖杯的青年-輕舟已過萬重山─卡拉比猜想
  真的存在彎曲的真空宇宙嗎?卡拉比可疑的純粹數學猜想,被丘成桐戲劇化的證明了。這美麗得不可思議的結果,和我們的宇宙有什麼關係?

4. 於無聲處聽驚雷-解開不可解的謎團─弦論
  物理學經過千錘百鍊的兩大支柱,也就是廣義相對論和量子力學之間竟然存在巨大的鴻溝,目前能夠調和這個深刻矛盾的最佳理論,稱為弦論。

5. 撫弦輕撥十維琴-弦論的DNA─卡拉比-丘空間
  弦論認為宇宙是十維的。除了日常生活的四維時空,還有一個細如微微微塵的六維空間布滿周遭,弦在時空宇宙中振動漫遊,產生基本粒子和作用力,打造出我們眼見的世界。

 

 

 

物理學科中心網址: http://physical.tcfsh.tc.edu.tw/physical/index.html
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