宇宙的起源

作者：Timothy

        「我們一直身處的宇宙究竟從何而來？」自從人們有了“宇宙”的概念以後，宇宙的起源就一直是每位科學家，甚至每個人都會感到好奇的問題。故此，過往科學界一直努力從殘留在現時宇宙中的種種跡象中，嘗試拼揍出宇宙誕生的過程及來源。而古往今來眾多關於宇宙論的推斷之中, 最被廣泛接受及為人耳熟能詳的相信就是到目前為止最符合宇宙學觀察結果的大霹靂理論 (Big Bang Theory)。

         大霹靂理論指出，宇宙是源自時空的爆炸，爆炸發生時（距今約137億年）的宇宙是處於奇點 (singularity) 的狀態中，奇點意味它擁有著無限小的體積，無限大的密度和時空曲率（重力的來源）及無限高的溫度，而奇點中並不存在著任何時間或空間，甚至連一切已知的物理定律都不適用於奇點。

        而伴隨著宇宙的大爆炸，時空開始產生並膨脹，宇宙溫度亦隨著當時宇宙體積的增加而大幅度降低。在時空膨脹發生後的一秒，宇宙的溫度約為100億度（相等於太陽中心溫度的1000倍），宇宙溫度減少的速率漸漸慢下來。下圖顯示了隨著時空膨脹發生後不同的時間後宇宙溫度的變化：

宇宙的溫度由時空膨脹時的無限高不斷下降，直到現時比絕對零度高2.725度（約-270 ℃）。

        因為宇宙形成瞬間的溫度極高，所以宇宙間的質子及中子 (Protons and neutrons) 都擁有十分高的平均動能，它們的移動速度使它們能夠掙脫彼此間的強作用力（Strong Interaction/Strong Force），但當宇宙的溫度降至約100億度時（時空膨脹後1秒），它們再也逃不過強引力的吸引，產生了各種元素的原子核(Nucleus)。之後，當溫度跌至幾千度時，電子和原子核間的電磁吸引力使它們結合而形成了原子(atoms)。而宇宙膨脹的速度受到當中物質的引力影響而緩慢下來，甚至部份物質密度較高的區域開始停止膨脹，並出現坍縮的現象，當中的物質受到彼此間質量的吸引而聚集在一起，直至區域中的物質因旋轉而達至平衡為止，我們相信星系就是從這種方式中誕生。而宇宙中各種星系內的恆星和行星在之後的時間中不斷重覆誕生和毀滅，直到現在成為我們現時身處的宇宙。

        大霹靂理論很生動地描繪了宇宙誕生的過程。不過，近期有科學家觀察到存在於我們身邊的宇宙背景幅射（時空膨脹發生後現時殘留在宇宙的溫度）其實是如上圖般呈現出同心圓的形狀，而各個圈內的溫度比外面為高。部份科學家認為同心圓是源自前宇宙的撞擊。或許，在時空膨脹前已經有前宇宙的存在。
但到目前為止，大霹靂理論依然是宇宙起源最好的解釋。

找到上帝粒子了？

還記得ASTRO BLOG第一篇文正期待什麼時候會找到上帝粒子嗎？
這兩天卻傳來好消息！

「上帝粒子」現身 99.9999％確定 解宇宙之謎

【明報專訊】被喻為「上帝粒子」、是一切物質質量之源的希格斯玻色子（Higgs Boson），在科學家追尋近半世紀後終於現身！歐洲核子研究組織（CERN）昨宣布，發現一種微細粒子，其「性質與希格斯玻色子一致」，簡單來說就是已找到希格斯玻色子，CERN形容新發現是「了解宇宙的新里程」。

1964年提出希格斯玻色子理論、如今已83歲的英國物理學家希格斯（Peter Higgs）昨親臨CERN見證這歷史時刻。他說﹕「我從來沒有想過這會在我有生之年發生，（我）會請家人雪一些香檳（慶祝）。」與他分開發表有關理論的79歲比利時物理學家恩勒特（Francois Englert）亦激動得眼泛淚光。

質量之源 現代物理學關鍵

科學家一直都想了解物質的質量從何而來，以及為何一些物質如光線不含質量。直到希格斯提出理論，假設有一種神秘粒子（也就是希格斯玻色子）賦予萬物質量、令各式粒子能夠凝聚起來，現代粒子物理學的「標準模型」理論，才得以自圓其說。根據希格斯的理論，一些粒子遇上希格斯玻色子，結果就慢下來並得到質量，但像光一類粒子則沒有。

不過希格斯玻色子卻是「標準模型」62種基本粒子中，唯一仍未發現的。由於它難以尋覓又極為重要，因此被稱作上帝粒子。追尋上帝粒子由去年起漸入高潮，CERN運用全球最大的強子對撞機（LHC），進行無數次的質子與質子高速對撞，模擬宇宙大爆炸瞬間的狀况，終發現希格斯玻色子存在的蛛絲馬迹。

香港大學物理系的潘振聲博士向本報解釋，粒子物理學領域以統計學的標準誤差（sigma）概念，去計算實驗的準確度，一般來說大於5個sigma（誤差少於350萬分之一）才算是發現。去年底，CERN的科學家就公布，希格斯玻色子質量介乎115至130GeV/c2（衡量粒子質量單位）之間的可能性，有2.4個sigma，意即準確度達98%，但仍未達到5個sigma的科學認證水平。

直至昨天，CERN兩組獨立研究隊ATLAS和CMS公布實驗結果，指希格斯玻色子質量在125至126GeV/c2（相當於光子質量逾130倍）的可能性，達到4.9至5個sigma。5個sigma意即實驗出錯機會小於350萬分之一（即準確度達99.99998％）。即使只以4.9個sigma而論，這數字意味，實驗搞錯的機會率只有0.00006％。

意義如60年代登月計劃

有科學家將今次發現，與1960年代的阿波羅登月計劃相提並論。根據學術性的講法，科學家只是找到與希格斯玻色子「性質一致」的新粒子，要確定「新粒子」就是希格斯玻色子，還需要更多實驗數據，但CERN秘書長霍爾（Rolf Heuer）直言：「作為普通人，我會說已經找到（希格斯玻色子）。」根據「標準模型」預測，希格斯玻色子只能在短時間內保持完整，之後會衰變為不同粒子。專家會透過更多強子對撞機實驗，研究這些變化是否符合「標準模型」中的希格斯玻色子假設。

文章來源:http://hk.news.yahoo.com/%E4%B8%8A%E5%B8%9D%E7%B2%92%E5%AD%90-%E7%8F%BE%E8%BA%AB-99-9999-%E7%A2%BA%E5%AE%9A-%E8%A7%A3%E5%AE%87%E5%AE%99%E4%B9%8B%E8%AC%8E-215730002.html

CERN發稿宣布找到與上帝粒子一致的粒子
http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2012/PR17.12E.html