2014年4月30日

超光速行動

作者/曾耀寰(任職中研院天文所)

宇宙中有很多種常數,有些是在定律當中出現的不變數字,例如萬有引力定律的常數G,根據測量結果是6.67384 × 10-11,單位是m3 kg-1 s-2,這樣的單位是可以從萬有引力定律中看出來,

作用力的單位是m kg s-2,因此G 的單位是(m kg s-2)m2/ kg2,結果就是m3 kg-1 s-2。從數值上看G 非常小,千億分之一的等級,這也難怪除了和地球(質量約6×1024 kg )之間的萬有引力,一般生活周遭的物體之間很難感受到萬有引力,而萬有引力常數是在牛頓去世後71 年,由英國科學家卡文迪西(Henry Cavendish)在1798 年首次透過扭秤實驗測量地球密度,進而推得萬有引力常數(6.754 ×10-11 m3 kg-1 s-2)。

萬有引力常數因為數值太小而不易得到,而另一個常數,光速卻是數值太大,也不易測量。伽利略在1638 年的著作《關於兩門新科學的對話》中提到,可以藉由兩個人提著「燈籠」相互傳送訊號來測量光速,想法雖然沒錯,但光在兩人之間的傳播時間不到萬分之一秒,在當時是不可行。1676 年法國天文學家卡西尼(Giovanni Domenico Cassini)利用每次木衛食之間的間隔時間變化,估算太陽光到地球的時間約10 分鐘,換算出來的光速是現今的80%。1887 年,美國的邁克生– 莫立實驗原想要藉由光在以太中傳播的速度變化,證實以太的存在,結果反而得到反證,愛因斯坦則完全捨棄以太的概念,甚至認為光速是一常數。

類星體的發現
說到光,天文學家對天上的星光研究很多,大致上我們可以將星光的外形分成不規則和點光源,不規則的光源可能是來自宇宙中的雲氣,例如行星狀星雲、發射星雲、反射星雲和暗星雲等,也可能是一大團恆星。仔細觀察一些不規則光源,可以發現這些不規則光源是由許許多多的恆星所構成的群體,有些是數十萬到數百萬顆恆星在相互的萬有引力吸引而聚集成星團,有些則是數十億到數千億顆恆星所構成的星系,例如我們所處的銀河就是一個棒旋星系,而仙女座星系則是離我們250 萬光年的星系,在以前的望遠鏡下所看到的仙女座星系,比較像是一團雲氣。而點光源則被認為是直接來自於一顆恆星。......【更詳細的內容,請參閱第533期科學月刊】

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