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宇宙這麼大,我們究竟找到了什麼?—「PanSci Talk:宇宙好黑好冷好寂寞?」

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“May the force be with you."

5/4 是國際星戰日,這一次的 PanSci Talk 特別請到兩位宇宙達人分別從微觀和巨觀兩個不同尺度來討論宇宙。宇宙之大,還有許多人類未知的範圍有待探索,而目前已知的可觀測宇宙中,我們又知道些什麼呢?宇宙中真的好黑好冷好寂寞嗎?就一起讓我們來聽聽講者們的分享吧!

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2016年5月4日PanSci Talk 宇宙好黑好冷好寂寞大合照,這天有特地從桃園北上聽演講的朋友喔!圖/泛科學攝影

陳凱風:我們發現已知物質只佔宇宙很小一部分

陳凱風|台大物理系教授、CMS 計畫主持人

當年曾是台大最年輕副教授、專長是高能物理研究的陳凱風老師,有著可愛親切的笑容,他目前除了在台大物理系任教之外,也在日內瓦的歐洲核子研究組織的「大型強子對撞機」(LHC)擔任其中一個「緊湊渺子線圈」(CMS)計畫的主持人,主要任務是找到希格斯玻色子。

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臉上總是掛著笑容的陳凱風老師,不只是台大物理系教授,也在大強子對撞機團隊中擔任緊湊渺子線圈(CMS)計畫的主持人。圖/泛科學攝影。

在解釋 LHC 的運作原理之前,凱風老師先簡要的介紹了已知粒子的種類及組成。過去科學家們曾經認為原子就是組成物質的基本粒子了,後來才發現原子其實還可以切割成更小的粒子。目前已知的基本粒子有 17 種,不過隨著觀測技術的進步,科學家也了解到目前已知的物質其實只佔宇宙組成的一小部分,還有許多的暗物質與暗能量我們都還所知甚少。目前的未解問題包括宇宙中的粒子質量和大小是從何而來呢?還有剛被人類觀察到的重力波後續會有何發展?

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基本粒子組成。圖/科學online

接著陳老師為大家介紹了大型強子對撞機(LHC)的基本原理,LHC 的建造花費了大量時間和金錢,此外還有許多研究員貢獻大量新鮮的肝來完成偵測器的線路配接,因此每個研究成果都得來不易啊!質子對撞的實驗基本架構都是先提出假設,事先用電腦程式模擬運算之後、再透過對撞實驗來驗證假設是否成立。

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從空中俯瞰大型強子對撞機(LHC)的建造範圍和分布。圖/由Maximilien Brice (CERN) – CERN Document Server,創用CC 姓名標示-相同方式分享 3.0,wikimedia commons.

這次陳老師參與的 CMS 小組發現希格斯玻色子的過程基本上也是奠基在這個研究方法之上,不過發現希格斯玻色子只是一個開始,目前科學家所知的一切還不足以證實暗物質與暗能量的存在,所以還有很長的路途要努力。

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在緊湊緲子線圈探測器裏,從質心能量為 8 TeV 的質子-質子碰撞事件記錄數據製作出的三維繪景圖。圖/由McCauley, Thomas; Taylor, Lucas; for the CMS Collaboration – CMS Higgs Search in 2011 and 2012 data: candidate photon-photon event (8 TeV): 3D, r-phi and r-z transverse views,創用CC 姓名標示-相同方式分享 3.0,wikimedia commons.

徐毅宏:從電影橋段聊太空的孤獨

徐毅宏|前台北天文科學教育館研究組組長

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有著很萌外號「徐喵」的前台北天文科學教育館研究組組長徐毅宏。圖/泛科學攝影。

生日和阿姆斯壯登月日期同一天、都是 7/20 的徐毅宏老師有個很萌的外號叫做徐喵(已融化)。長期從事科普推廣工作的他,說起話來風趣又充滿活力,今天他也用有趣的角度來切入主題,引起大家的興趣。

徐喵老師先一連舉了好幾部太空電影當開場,和大家回憶他心目中的經典片段。他說許多的作品其實都是在探討同一件事情:那就是太空人會去哪裡?宇宙到底是什麼?

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電影「地心引力」的這張海報完全呈現出了宇宙的孤寂感啊。圖/電影官網

徐喵老師說,目前宇宙中所有的事件都是由天文學家大膽的假設而成,用已知的理論加上過去的觀測,天文學家普遍認為現在的宇宙處於一個加速膨脹的狀態,那將來會變得如何呢?天文學家認為宇宙將來可能會有三種下場:第一種是持續老化、失去活力;第二種是膨脹到一定的程度之後開始縮小;最後一種可能則是不斷重複膨脹、縮小的循環。

那到底,宇宙是不是真的很黑很冷呢?

徐喵老師告訴我們其實宇宙裡並不是所有地方都是黑的,只要有恆星在的地方就有光,不過因為宇宙實在太大了,恆星跟恆星之間的分佈距離有時會有很大的落差,若是沒有恆星所在的位置就會黯淡無光。

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哈伯望遠鏡拍攝的宇宙圖片。圖/Hubblesite

既然宇宙那麼大,想必地球在宇宙中一定覺得很孤獨吧?

這個問題的答案徐喵老師說要依你觀測宇宙的尺度而定,地球所在的太陽系直徑有幾百萬公里長,離太陽系最近的恆星系大約距離 4 光年多一點,而銀河系的直徑大約有十萬光年,光看銀河系內的星系之間似乎距離遙遠,不過離開銀河系之後,最近的星系距離大約 16 到 17 萬光年,這樣相較之下似乎地球又不那麼孤單了呢。

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關於作者

張 式辰

泛科學實習編輯。小時候曾經夢想成為太空人,隨著近視度數越來越高、數理成績越來越低,發現宇宙的距離也越來越遠,幸好喜愛科學的初衷沒有改變。 目前就讀於大眾傳播研究所,關注科學傳播、關注新媒體,希望成為一個不會被時代淘汰的媒體人。