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於是在宇宙大霹靂之後,我們有了時間——《霍金大見解》

天下文化_96
・2019/03/12 ・1781字 ・閱讀時間約 3 分鐘

編按:本書為霍金留給世人的 10 個大哉問與見解,期盼讀者能藉由站在霍金這位巨人的肩膀上得到更多啟發與省思。本文為大哉問之一:上帝存在嗎?

宇宙的起源:無中生有的宇宙大霹靂

某件事的發生,必然是由於先前發生的另一件事所引起的。圖/pixabay

日常的生活經驗,會讓我們認為:某件事的發生,必然是由於先前發生的另一件事所引起的。因此,很自然的一個推理就是:我們需要某個東西(也許是上帝)來創造出這個宇宙。然而,當我們把宇宙視為一個整體時,情況就變得不太一樣了。讓我稍微解釋一下。

想像有一條河,從山上順流而下。這條河的來源、起因是什麼?好吧,可以是因為先前落在山上的雨水所造成的。但是,這些雨水又是哪裡來的呢?太陽,應該是個比較好的答案。由於太陽照到海上,使得海水蒸發,上升到空中變成雲,再落下來成為雨水。那麼,又是什麼原因造成太陽的光和熱呢?當然,我們現在知道這是由於核融合——太陽中的氫在融合成氦的時候,釋放出巨大的能量。

太陽核融合。能散發巨大能量。圖/pixabay

到目前為止,聽起來還算不錯。那麼問題又來了,氫又是從哪裡來的呢?答案是:大霹靂

於是,問題又回到了原點。不過,這裡有一個非常重要的關鍵:自然律本身就告訴我們,宇宙不僅可以無中生有(就能量的觀點,不需要任何的協助,就能直接蹦出來,就像質子),而且,也可能不需要任何特殊的人或物,來啟動大霹靂的開關。什麼都不需要!

這個解釋,源自於愛因斯坦的理論:宇宙中的時間與空間是密不可分的交織在一起。在大霹靂的瞬間,有一件非常美好的事情,降臨到了時間身上。時間它本身,就這麼誕生了!

於是乎,我們有了時間:大霹靂瞬間的美妙誕生

大霹靂之前,時間根本不存在。圖/pixabay

要想理解這個讓人難以想像的想法,讓我們從想像一個飄浮在太空中的黑洞開始。一個典型的黑洞,是由一顆具有巨大質量的恆星,因為它本身的重力過大,而引起的崩陷所致。由於它的質量非常巨大,以致光線都無法掙脫出它的重力吸引,因而成為一個看起來是黑色的星體。

由於黑洞的重力是如此之大,它不僅能讓光線扭曲,也能讓時間扭曲。當一個時鐘在接近黑洞的時候,時鐘會開始變慢。也就是時間本身會開始變慢。現在,假設時鐘已經進入到黑洞裡面(好吧,假設時鐘可以禁得起這個極端巨大的重力摧殘),時鐘事實上是會停下來的。時鐘之所以會停下來,不是因為它壞掉了,而是因為在黑洞裡面並不存在時間這個東西。而這也恰恰解釋了,宇宙在創生那一瞬間的情況。

圖/wikipedia

在過去的數百年裡,我們對於宇宙的瞭解,已有了驚人的進展。我們目前已知的自然律,不僅能解釋宇宙中的一般情況,也能解釋某些極端的情形,例如宇宙的起源與黑洞等等。時間在宇宙創生之初所扮演的角色,我相信,這是移除我們需要一位偉大造物主的最後一把鑰匙,也是告訴我們宇宙是如何自己創生自己的最後關鍵。

當我們順著時間的軌跡往回走,回到大霹靂的那一瞬間,過程中,宇宙的尺寸會愈來愈小,小到最終變成一個點;整個宇宙變成單一的一個在空間上無限小、密度卻無限大的黑洞,就和目前飄浮在太空中的許多黑洞一樣,也都必須遵守自然律來行事。其中最特別的是,無論是大霹靂那一瞬間的這個黑洞,或是目前飄浮在太空中的眾多黑洞,時間都必須是靜止的。

也就是說,你無法得知大霹靂之前的時間為何,因為時間在大霹靂之前根本就不存在。

現在,我們終於發現一個「沒有前因」的東西:由於大霹靂沒有「時間上的之前」,所以它不需要原因就能發生。對我而言,這表示造物主不可能存在,因為在大霹靂之前,「沒有時間」容得下這位造物主。


本文摘自《霍金大見解:留給世人的十個大哉問與解答》,天下文化,2019 年 2 月出版。

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天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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恐龍稱霸地球的秘訣,竟是牙齒自帶避震器?——《追光之旅:你所不知道的同步輻射》

天下文化_96
・2021/09/12 ・1747字 ・閱讀時間約 3 分鐘

《侏羅紀公園》系列電影掀起大家對恐龍的好奇,但其實科學家早就在研究遠古時代的各種生物。以恐龍為例,平均每星期會發現一種新種恐龍,每年大約會發現五十種新種恐龍。而在探討物種起源及鑑定遠古生物領域,同步輻射分析技術也展現了它的獨特價值。

例如,南非威特沃特斯蘭德大學(University of the Witwatersrand)領導的國際科學家團隊,針對一些世界上最古老的恐龍蛋胚胎頭骨,進行 3D 複製重建,發現牠們的頭骨生長順序與當今的鱷魚、雞、烏龜和蜥蜴相同,研究成果發表在《科學報導》(Scientific Reports)上。

美國自然歷史博物館收藏的恐龍蛋化石,內部留有胚胎構造。圖/WIKIPEDIA

在台灣,由加拿大多倫多大學教授賴茲(Robert Reisz)與台灣學者組成國際團隊,花費兩年時間,運用超高解析二維紅外光譜顯微術,在活躍於一億九千五百萬年前的雲南祿豐龍胚胎股骨化石中,發現殘留有機物,找到古化石內保存複雜有機物的最古老紀錄。這個破天荒的發現在 2013 年登上了《自然》(Nature)雜誌封面。

此外,在祿豐龍肋骨化石的微血管通道中,國輻中心研究員李耀昌也發現全球最古老且保存完整的膠原蛋白與赤鐵礦微粒聚晶。

「即使經過億萬年時空轉換,恐龍的軟組織經血液中鐵的氧化及碳酸鈣化包覆作用後,還是有機會被保存下來,」李耀昌表示,這將有助科學家進一步了解恐龍的生理機能與遺傳密碼。

李耀昌團隊將成果發表於《自然通訊》(Nature Communications)期刊,並獲選為《發現》(Discover)雜誌「 2017 年全球百大發現」第十二名,是近年來台灣學者主導的研究成果首度登上《發現》雜誌全球百大發現。

英國 Dinosaurland 化石博物館的鐮刀龍巢與蛋化石。圖/WIKIPEDIA

發現牙齒裡的避震器

恐龍胚胎裡有膠原蛋白,恐龍的嘴巴裡則是自帶「避震器」。

國輻中心團隊與台灣博物館、台灣石尚博物館、中國大陸北京自然博物館、加拿大安大略皇家博物館,以及中國大陸地質科學院地質研究所合作,蒐集十五種肉食性與植食性恐龍牙齒,利用同步輻射穿透式 X 光顯微術與現代的眼鏡凱門鱷牙齒進行研究比對,首度發現肉食恐龍牙齒具有避震結構。

在肉食性恐龍牙齒的琺瑯質與象牙質中間,存在一層相對柔軟且布滿微細孔洞的被覆牙本質層,可以保護牙齒,避免因撕裂骨肉造成牙齒瞬間斷裂。這項研究結果修正了過去對於原始爬蟲類牙齒結構的認知,因此登上國際知名期刊《科學報導》(Scientific Reports)與各大媒體。為了蒐集恐龍牙齒進行研究比對,國輻中心研究員王俊杰透露了一段小故事。

「當時我到桃園興仁花園夜市拜訪鱷魚攤,沒想到使用斜口鉗幫鱷魚拔牙時,斜口鉗當場應聲斷裂,只好再買一把硬度更高的老虎鉗,費了好大一番功夫才順利拔下鱷魚牙齒。」

透過同步輻射 X 光顯微鏡發現暴龍牙齒藏有「避震器」,保護牙齒不致斷裂。1:X光下的暴龍牙齒構造。2:暴龍牙齒外觀。 3:無避震結構的牙齒內部應力分布。4:有避震結構的牙齒內部應力分布。圖/王俊杰提供

牙齒的特殊結構,使得肉食恐龍成為頂尖獵食者,稱霸地表一億六千五百萬年。相較於人類咬合力約為 40 公斤、眼鏡凱門鱷咬合力約 1,000 公斤,以及咬合力可達 2,000 公斤、目前世上咬合力最大的動物—— 灣鱷,「暴龍的咬合力約 6,000 公斤,且拖行的獵物體重可能超過 1 公噸,但靠著微小的避震結構設計,便不致因巨大應力而造成牙齒斷裂,」王俊杰說。

遠古生物的活動型態一直是科學家亟欲解開的謎題,透過同步光源高解析度檢測技術,可以幫助我們了解古生物化石組織結構的細微差異,提供了一種嶄新的古生物分類與古生態研究檢測方法,而藉由恐龍胚胎化石中探測到的有機質殘留物,未來將可逐步解開更多遠古生物的奧祕。

——本文摘自《追光之旅:你所不知道的同步輻射》,2021 年 8 月,天下文化

天下文化_96
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