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易讀又有趣,作者真的完整介紹了我們有限的知識,
以及我們那汪洋大海的未知。非常享受的閱讀之旅。
──《自然》期刊

這本智慧之書透露了我們對宇宙無知的茫然,
也把我們已知的部分寫得讓人入迷。
──羅維理《七堂簡單物理課》作者






豪爾赫‧陳Jorge Cham
巴拿馬華裔,跟《如果這樣,會怎樣?》的作者門羅一樣,是漫畫家兼機器人科學家。
他在喬治亞理工學院取得了學士學位,而在史丹福大學獲得了機械工程學博士學位。

丹尼爾‧懷森 Daniel Whiteson
加州大學爾灣分校教授,專門研究分子物理,也參與CERN大強子對撞機實驗,同時也是美國物理學會會士。
懷森很擅長深入淺出的方式,介紹尖端的物理概念,這本《這世界難捉摸》就是明證。

徐士傑
實驗粒子與原子核物理科學家,美國華盛頓大學助理教授,與作者丹尼爾˙懷森是好友,
很久以前就常常一起討論書中的議題,對於作者要再書中表達的一切,都能完全捉摸。


葉尚倫
畢業於陽明大學醫學系,曾擔任台北榮總胸腔部住院醫師以及總醫師,並且通過內科專科醫師考試。
於2008年, 隨徐士傑旅居瑞士以及美國,目前定居西雅圖,
任職於西雅圖華文學校六年級教師以及公立學校之數學家教。



  我們發現,用基本粒子來解釋宇宙,仍有很大的不足。
雖然我們只需要三種粒子來建立恆星、行星、彗星和酸黃瓜,但事實證明,這些我們認為尋常的物質,實際上相當不尋常。我們認為它們尋常,是因為人類只知道這些。但是它們只占宇宙中所有物質和能量總和的百分之五左右。
其他百分之九十五的宇宙是什麼呢?我們不知道。

   如果我們畫出宇宙的圓餅圖,這張圖會看起來會像這樣:

  在這張奧妙的圓餅圖中,只有百分之五是由我們知道的東西(恆星、行星和它們上面的一切)所組成。圖中有百分之二十七的部分是所謂的「暗物質」,另外百分之六十八的宇宙是我們根本不了解的部分,物理學家稱為「暗能量」。我們僅有的認知是,暗能量和宇宙膨脹有關。我們將在後面的章節解釋暗物質與暗能量這兩個概念,以及如何量出這些數字。

  更糟糕的是,即使在我們所知的百分之五宇宙裡,還有很多事情我們並不曉得。在某些情況下,對如何提出正確問題來研究這些奧祕,我們甚至毫無頭緒。

  就在這幾段敘述之前,我們還在慶賀人類這個物種完成不可思議的知識壯舉,可以用簡單的方式來描述所有已知的事物。現在看起來我們高興得太早了,因為宇宙的絕大部分都是由別的東西組成的。這情況就像是我們花了數千年研究一頭大象,卻赫然發現,我們其實只觀察到牠的尾巴。

  知道這點之後,你可能會感到有點沮喪。也許你以為我們人類對整個宇宙的理解和掌握已經達到了極致(天啊!我們甚至發明了會自動打掃的機器人)。其實,這是個千載難逢的機會:一個能讓你探索、學習並且培養洞察力的機會。就如同你發現我們只探索了地球上百分之五的土地,或只嘗過世界上百分之五的冰淇淋的味道那樣,你心裡身為科學家的一面將要求徹底解釋,並對可能的新發現感到興奮。

   回想一下小學歷史課,當你讀到大航海世代那些偉大的探險者航向未知領域、發現新土地並描繪了這個世界時,是否覺得非常激動?如果是的話,那麼你也許會同時感到失落,因為在這個衛星和全球定位導航系統遍布的年代,我們似乎錯過了探險的時代。不是嗎?所有的大陸都被發現了,所有的小島都被命名了。現在告訴你一個好消息,情況並非如此。

   事實上,我們正處於一個嶄新的探索時代。更確切的說,我們才剛在啟蒙階段,有為數可觀的探索工作正等待我們。我們正踏入一個重要的時期,任何新發現都可能重新定義人類的宇宙觀。一方面,我們體認到人類對宇宙知之不多(記得嗎?我們只知道百分之五的宇宙),但是我們對於要問什麼樣的問題有一些基本概念。而另一方面,我們持續建造出非常棒的新工具幫助我們解決這些問題,例如強大的新型粒子對撞機、重力波探測儀以及望遠鏡。

   科學歷史發展就是一連串的革命,每次的新發現都是澄清之前扭曲的看法。還記得地平說、地心說與以恆星和行星為主要成分的宇宙論;這些理論都是人們用當時最新數據提出的合理看法,雖然我們從現代眼光來看都成了無稽之談。幾乎可以肯定的是,未來還有更多這樣的科學革命。我們現在認同的重要理論,如相對論和量子力學等,可能會由更令人興奮的理論推翻並代替。兩百年後,當人們回顧我們所理解的宇宙運行原理時,就會像現在我們看待原始人的宇宙論一樣。



暗物質是什麼?
你正徜徉其中
下面這張長條圖畫出了我們已知宇宙的質量和能量組成分布

  物理學家認為,在目前已知的宇宙中,有將近百分之二十七驚人比例的物質和能量,是由稱為「暗物質」的東西組成的。這意味著,宇宙中大多數的物質和我們熟悉且鑽研了數個世紀的「正常物質」並不一樣,這個神祕物質甚至高達正常物質的五倍。老實說,把我們熟悉的東西稱為「正常物質」並不是很公平,因為它們在宇宙中相當罕見。那麼暗物質到底是什麼呢?它危險嗎?會弄髒你的衣服嗎?我們怎麼知道它存在呢?

  暗物質無所不在。事實上,你可能正徜徉其中。早在上世紀1920 年代就已經有暗物質存在的說法,但這說法直到1960 年代才受到認真對待。其中的轉折點是因為天文學家在分析星系旋轉速度和星系內部質量數據時,注意到相當奇怪的特性並進一步理解了其中的含義。

★知道暗物質存在的方法★

1. 星系碰撞
  透過觀察到太空中巨大星系的碰撞,我們發現了暗物質存在最有說服力的單一證據。數百萬年前,兩個星系團相互碰撞;雖然我們錯過了這史詩般的事件,但由於來自它的光線需要穿梭數百萬年才抵達我們眼前,所以我們可以坐下來,舒適的觀看碰撞所產生的爆炸。

  由於兩個星系團猛烈撞擊,從星系團噴出的氣體和星塵相碰撞,產生壯觀的大爆炸,撕裂了星塵組成的巨大星雲,就像充滿絢爛特效的舞臺秀,也像兩大堆水球以驚人的速度互擲。

   但是,天文學家還注意到別的現象。在碰撞點附近,他們觀測到兩團巨大的暗物質。當然,暗物質是看不見的,要透過測量星系團背後星系發出的光經過星系團時,造成的變形來間接觀測。天文學家觀測到,這兩團暗物質就像沒事一樣,沿前進路線繼續移動。

  天文學家拼湊出的結論是:有兩個星系團,每個星系團都有正常物質(主要是氣體和星塵以及一些星星)和暗物質。兩個星系團相互撞擊時,大多數正常物質按照預期的方式碰撞在一起。但是,暗物質碰到其他暗物質時,發生了什麼事?就我們觀察到的結果來說,什麼都沒有發生!暗物質團互相穿過對方然後持續前進,幾乎就像看不見彼此一樣。

   從基本來說,這些星系的暗物質經由星系團的碰撞而剝離了。




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