【從能量看宇宙】 宇宙間物質的本質與運動、聲音、熱、電、磁、輻射、內部結構等特性,和其間的關聯與 規律是物理學研究的課題。愛因斯坦狹義相對論的著名公式 E m c 2 不僅開啟了原子能應 用的大門,也昭示著質量與能量之間密不可分的關係。從能量的觀點來看宇宙星辰的誕生 與演化和天文物理中各個尺度的研究對象都有關聯,不同數量級大小的能量總是對應著特 定的天文物理過程。 能量可以用不同的形式存在,在滿足一定的條件下可以互相轉換,不能無中生有。天體移 動與旋轉的動能、重力位能、組成分子散亂隨機振動或熱運動的熱能、電磁場的能量、原 子分子的結合能等等都是能量的可能形式。天文物理關心能量的轉換,也關心它們傳輸的 過程。太陽一類的恆星如何形成?不透明的太陽核心融合反應所產生的光和熱如何在漫長 的歲月裡逐漸的傳遞到星球表面再提供萬物生存所需?太陽表面約 5,800 K 的和煦陽光如 何能產生百萬度高溫(但是非常稀薄)的日冕和強烈粒子噴發的太陽風?大質量星球生命 末期核心瞬間重力塌縮如何產生比整個銀河系更高能量的爆發?能量的本質又是什麼? 真空也有能量嗎?廣義相對論的核心是愛因斯坦方程式。方程式左邊描述的是時空的幾何, 右邊則是物質(包含能量、動量等)的分布。知名的相對論學者惠勒(John Wheeler)用 一句話來闡釋:時空決定物質如何運動,物質決定時空如何彎曲。物理宇宙學的真空或量 子力學的真空對宇宙時空的膨脹有什麼樣的影響?有沒有其他的可能?我們是否真的了 解宇宙的組成和它們所遵循的物理定律? 本期我們特地挑選概念上相關的文章,雖然未必能完全解答上述疑問,卻也可以從能量的 角度一瞥我們的宇宙。 (作者/金升光)
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