生活中的小問題~

Question

希望大家能為我解決以下的問題...
1.以前的房子都有小閣樓，那用途是什麼呢？
2.為什麼夏天吹南風?
3.餃子或肉丸煮熟了為什麼會浮起來?
4.為什麼高處不勝寒？離太陽不是比較近嘛?
5.宇宙最低溫為0 K，最高溫為幾度?
6.蠟燭燃燒的過程為何?詳述之。
7.愛斯基摩人為什麼蓋冰屋?冰屋不是很冰冷嗎?
8.用烤箱烤秋刀魚，包裹的鋁箔紙應以亮面朝外還是粗糙面朝外?
9.什麼是宇宙3 K背景輻射?
拜託了＞＜請幫幫我~雖然題目很多...orz...

Answer 1

1.不清楚
2.地球自轉與公轉,還有太陽的影響
3.密度變小了
4.因為越高處,空氣越稀薄
5.沒有最高溫度
6.蠟燭受熱後,表面會產生可然性氣體,與空氣混合達燃燒範圍之後,就會持續燃燒
7.會覺得冰屋冷,是因為相對於室外溫度較高,冰屋內溫度較低的原因;而愛斯基摩人則利用這原理,在冰屋內部供給熱氣,利用對流的原理使冰物內的的溫度比室外溫度高!
8.亮面朝外吧
9.
放眼無垠夜空，觸目所視皆是扣人心弦的悸動。令人無法自已的萬里星空，是宇宙造物主鬼斧神工，瑰麗驚豔的傳世之作。物理學家展望寰宇真相的過程，更是令人驚心動魄，在教會燒殺擄虐地持續迫害下，寫下一篇篇讓後人可歌可泣的天文史詩，讓天文revolution成為革命的典範。自從20年代Hubble 將人類視野延伸至銀河系外，加上1964年發現3度K背景輻射以及60年代成功的高能粒子理論，遂將人類的宇宙觀推向另一個高峰。
註：引用數據僅供參考。

Einstein 的宇宙／佛說不可說

Everything is Physics! J. Schwinger
Matter Physics, Bio-Physics, Social Physics

Einstein 於1915發表廣義相對論(General Relativity; GR)，隨後為了驗證GR的觀測實驗，一度因為一次世界大戰喊停。在1919年驚天動地，利用日蝕所進行的觀測，宣稱證實光線一如GR所預測的會受重力場影響而彎曲，然而根據Weinberg的講法，那一次的實驗，不但品質粗糙，而且誤差遠大於測量值，但是欣喜若狂的世人們，當然也包括當時的大物理學家，無視證據的薄弱，一樣地崇拜Einstein的創世鉅作，尤有甚者，在媒體炒作之下，Einstein的聲望，不但如日中天，其聲勢還真可謂：前無古人，後無來者。

20世紀人類有三大創舉，除了Godel的incomplete theory (1931發表)，少有人注意到之外，一般物理學家都耳熟能詳的，就是量子力學(Quantum mehanics, QM)及GR了，而GR的重要性與影響的深遠，更遠在量子力學之上。然而，頗令人不可思議的是：GR並沒有在大學課程的安排上，受到QM般必修的待遇，這其中的緣由，也是本次的主題之一。（其實，太難恐怕才是真正的原因？）

人類文明史的發展與夜觀天象這回事，密不可分。不論東方或西方的天文記載，早在文字一出現就有脈落可循。而西方的天文史，更是血淚斑斑！早期忠於觀測數據的天文物理學家，不見容於當時的天主教教廷，結果死的死、逃的逃、關的關；好在當年的物理學家，一身傲骨，毫不屈服。然而一路走來，也是艱辛困頓，慘不忍賭。
較大的突破，始於400年前的伽利略，他不但確立以實驗驗證理論的劃時代作風，宣告物理學的誕生，他還有一項發明，就是望遠鏡。這項發明，幫助天文觀測以及理論更上層樓。當然，古典的重力理論隨後由Newton創立，在Einstein之前的古典天文史，也算頗有年代了。然而，你可能不知道，我們今天所認識的宇宙，是在20年代，才由Hubble的觀測，確立我們現在所熟悉的宇宙及演化模形；還有星星的演化流程與機制，也是在60年代，理論高能物理有了重大突破以後，才逐漸形成今天大霹釐說的樣貌。也就是說，你如果活在30年代，你大概會被當代大師的宇宙觀嚇一大跳！

即使在今天，天文觀測的誤差，依然很難改善，致使天文與物理之間，依然同床異夢，貌合神離。再加上和我們比較直接有影響的天象，多半用不到GR，只要把牛頓搬出來，頂多加一點量子力學、統計力學也就可以滿足了，因此，GR看起來也不像那麼必修了(其實，太難了恐怕才是真正的原因)。

所幸，物理一向有多樣的面貌，有些事情，你大可不用GR，把Newton的東西搬出來，稍加修飾，也可說得好像那麼一回事。
舉例來說

由於宇宙因為是homogeneous and isotropic 所以可得其metric 可化簡成
其中 可以看成宇宙半徑。若用Newton力學可得
；
其中 為一個宇宙中某test particle 之質量，T為其動能，U為其potential energy， 為宇宙平均能量密度。如果 ( 為critical density，使得E= ，意即宇宙形成bound state的密度)，
則可得
其中 為哈伯常數(Hubble constant)，而現在 ，所以可知 ，約為每立方公尺有3個質子。事實上，上面的公式，可由GR直接導得，方法卻不太相同。這正說明了物理多樣性的一面！



宇宙演化
I think it is fair to say that no one understands the quantum theory. Feynman
20年代，Hubble 確定宇宙正在以約為常數的速率膨脹之中，反推回去，可知宇宙在早期，應該是非常擁擠，非常HOT的世界，再加上Penzias 及Wilson發現宇宙3度K背景輻射，不但是均勻的，且沒有方向性。這意謂我們的宇宙，在早期就已經在窄室內充份地達到熱平衡。但是由現今宇宙的大小，依目前膨脹速率倒推回去，我們發現早期宇宙依然太大，無法有效完成熱平衡，進而造成今天均勻、無向的宇宙背景輻射。因此1981年M.I.T.的Alan Guth提出Inflationary universe的機制，試圖解決big bang model所留下的缺口。於是我們在60年代成功的粒子標準模型的聲援下，有了以下的宇宙(big bang ) standard model：

1.宇宙起始於很小的奇點，然後一聲BANG！啟動時間簡史。
2.在10-43至10-34秒之間，宇宙進行inflation。宇宙的半徑從10-25cm膨脹到一粒米的大小，宇宙的溫度則由1019Gev降到1014Gev。
3.隨後粒子物理的標準模型接管，進行S. Weinberg宇宙前三分鐘的物理。

星星的一世人
物理就是把不對的說成對的！ 方法學

宇宙物理學家，結合60年代對四大交互作用力的成果，發展出一套以 Hot
Big Bang Model為基礎的宇宙標準模型 ( standard model） 和粒子場論的 SU3 ×SU2 ×U1 之標準模型門當戶對地拉起裙帶關係。當宇宙在造物紀產生的 H 氣塵在重力的主導下，形成一團團現今宇宙星系的初胚。而胚胎內裡的細部結構，則為現今恆星系的寄生種子。

以太陽為例，啟始時，一團H氣受重力吸引，全往質量中心內縮，使核心溫度急遽升高，一旦溫度高達1千萬度K時，便足於催化核融合（fusion）反 應，使四個 H 結合成He核，並放出大量的可見光，迫使恆星大放異彩。而且，釋出的能量可以平衡重力，使得系統穩定存在，遂在美麗底夜空裡，增加一份生命的喜悅。 A star is born !

一般而言，星球總質量越大，生命期越短，而我們的太陽ㄅㄟㄅㄟ從誕生到H氣燃盡的整個生命週期約為100億年。目前太陽ㄅㄟㄅㄟ的年歲已近50億年，正值一個人的壯年期。（別搞錯哦，年已半百，並非進入老年期，以人為例，
年壽平均70左右，其半為35，而35正是一個人的壯年期！）

上天堂、下地獄：星星人類的六道輪迴

當一顆恆星的H氣燃燒殆盡，核融合所提供的張力不足以抵銷重力場致命的吸引力，蜜月期宣告結束！於是星球繼續其內陷的不歸路。由於溫度急遽上昇，外圍H氣在激烈的燃燒下，迅速的向外擴張，甚而吞噬地球軌道。由於擴張使表面溫度下降呈紅巨星狀，是為紅巨星。其內部He核則因重力內陷、溫度上昇，而可以進行更重原子的核融合反 應，當內部 C 核形成的同時，星球（太陽）外殼成分會被甩出去形成類似 ring nebula的氣體殼層。我們的太陽ㄅㄟㄅㄟ到了這個田地，便會褪去光環，洗盡鉛華，在宇宙的角落，以白矮星之名，自盼自憐，逐漸為世人所淡忘，最後形成黯淡的黑矮星。（Sirius 之雙星系伴星即為一白矮星）
內縮停止的原因是電子的簡併力。但是如果星球的質量更大，便可以把核融合的反應，進行到最穩定的Fe，Co，Ni元素。如果星球核心質量小於太陽的1.5倍，電子簡併力便足於叫停核反應，使星球步上白矮星的後塵。反之重力會壓垮電子的叫陣，使核心繼續其萬劫不復的旅途。此時由於溫度持續上昇（像inferno），核心元素便會逐步分裂還原成中子核。因為過程非常暴力，約佔星球質量7/8的外圍氣塵會在大爆炸的推擠下，迅速向外擴散。由於其直徑約10光年，且在晦暗的星空形成一團明亮的光團，古人不明其因，稱之為 Super nova （超新星。Nova 在拉丁文為"新"之意）。中國在宋仁宗時稱之為客星（不速之
客）。實則為一顆巨大的星球，向世人昭告他的死訊，美麗的光環也正是閻王爺
設下的鴻門宴。

浴火鳳凰與 Pulsar（中子星）

然而，宇宙生命的千變萬化，就像六道輪迴，令人目不暇給。就當客星廣發訃聞之時，殘存的氣塵在重力主導下，浴火重生，重複一個星球的生命旅途。我們的太陽系就是一個活生生的 n-代星。（Why？）

另一方面，核心的中子核形成中子星，帶著保留的角動量，以固定而快速的週期快速自轉，並在南北兩極投射強力的電波。1967年劍橋大學 Anthony Hewish（1974 Nobel Prize Winner）指導的研究生 Jocelyn Bell（Burnell）小姐（太太），意外的發現週期1/30秒的CrabPulsar（蔡氏星雲）在向他招手，起初被誤以為是外星人的電視節目而被命名為 LGM（little green man）（Gosh!如果外星人收看到我們充滿色情暴力的電視節目，不知道會…想。）

如果中子星質量小於3個太陽，則中子的簡併力（Pauli Exclusion Force）便足以制控重力的壓擠，使中子星穩定地存在。反之，重力會主控一切，中子核心便會跨過「地平線」，永劫不復，形成黑洞。

表I：太陽若形成。。。其半徑將為

白矮星 地球大小
中子星 約六公里
黑 洞 約三公里

黑洞與蟲洞

John Michell在1783年，（數年後Marquis de Laplace亦復是）就認為天體之中，有可能形成黑洞，簡單的牛頓力學告訴我們，如果一質量m物質，初速 ，要脫離質量M的物質，則總能量

為啟始距離。 然而 ，則可知

也就是說，當M大到一個程度 則任何物質都跑不掉了，從另一個角度看，則是固定M，則你一旦靠得太近，即

天王老子也只好乖乖地停留在 的半徑內，這樣一個由半徑 的球面所形成的邊界，我們叫作事件地平面 (event horizon)。

以上的導法當然不對，但是結果卻意外地和Einstein的GR導出來的結果吻合！(?)因此，你一但靠黑洞太近，就會一去不返。實際上，一個人穿越地平面，一瞬間就被潮汐力扯成一團能量，在10-44sec那個order的瞬間就直往黑洞中心點一頭撞去。但是在外面的張三，卻會認為你停留在地面，死不肯進去，大罵你五十步笑百步！如果黑洞的組成物質特異，或者經由我們尚無法理解的機制，你就有可能經由蟲洞之類的隧道，早早地（time machine?）站在張三後頭，等他罵你時，再敲他腦袋，同時你也可以站在黑洞外頭，一起觀看滯留在事件地平面的”你”。

黑洞到底存不存在，到目前尚未有定論，但是目前我們所知道的黑洞，只有三個物理量即M質量，Q電荷及J角動量可以在外面測量得到。也就是說，張艾嘉和王祖賢，跳著芭蕾舞，轉進黑洞前，突然被電到，事後，你看到的就是30公斤，一兩庫侖的電荷，再加上30公斤公分sec-2的角動量，再也不是你崇拜有加的大明星。這個現象，我們叫無毛定理(No hair theorem)，不過，目前好像應該叫三毛定理比較貼切。形成黑洞的機制，目前已知有2類，一個是星星演化的終點，另一個是宇宙太初之始，重力場起伏劇烈，有可能將各種質量組成的一團物質壓進地平面，進而形成黑洞。所以星星演化而成的黑洞，質量必在3個太陽質量之上(未必？)，而太初黑洞卻有可能很輕。

形成黑洞之後，我們目前知道他可能會經由Hawking radiation 像黑體輻射一樣，慢慢地把裡頭的東西放出來，不但如此，黑洞的事件地平面總面積，還有類似熱力學裡entropy的物理性質。而且物理學家還找出黑洞的”熱力學”三大定律！其真正的成因，目前還是一個不可知的謎。Dyson認為，21世紀的Einstein會解開這個謎，並引領21世紀物理的大革命。

人本原理與完美的宇宙

當我們試圖探索宇宙以及自然(nature)的演化與成因，最後總會面臨一些基本定義的困擾，或者當江郎才盡之時，難免會把無法理解的事情，歸諸人本原理。所謂人本原理，意指物理世界就是湊巧如此，要不然就不會有原子存在，也不會形成DNA，更不會形成生命，更加不會有人，扛著扛不動的腦袋，在這裡庸人自擾地問為何會有big bang，為何會有粒子物理的標準模型，為何….一堆問不完的為什麼。

事實上，人類扛著一個大頭，生存在一個有空氣、有水、有保護傘的美麗水的星球，這期間有太多的巧合，才能讓很多人燈紅酒綠地樂不思蜀。光看保護傘：地磁、太陽磁場、厚厚的大氣層、比例相當的O2-CO2組合、復仇女神（Nemesis）的週期性流星大滅絕、與太陽溫馨的距離、地球的自轉打N有夠驚人的，更不用再問電子為何帶這樣的電荷，這樣的質量，為何是庫侖力，為何是平方反比的作用力……. 這之間的每一個環節，稍有出入，就不會有這些大頭在這裡搖頭幌腦，不明所以了。但是，人本原理當然解決不了問題，可是……

Star Trek裡曾有一段，描述他們電腦遊戲裡的虛擬人物，試圖逃出電腦程式。最後發現原來整個大逃亡仍然是在遊戲間裏進行。船長 Jean Luc Picard 最後感慨說：誰知道我們「真實」 的世界，會不會只是別人電腦裡的一段劇情呢？

我們觀察到的世界，是如此曼妙多姿，賞心悅目。當你們用功的去瞭解他，竟然發現這個五顏六色、七情六慾的大千世界竟然可以用幾條簡單的方程式來描繪，而其精確度竟然高達小數點以下11到12位。個人覺得，最值得探討的,倒不是如何用簡單的數學去描述這個複雜的世界，反而是：世界真的這麼完美嗎？可能 嗎？還是上帝有不可告人的天機！

星曆1998.718年，黑洞號船長 von Home Gore于交大黑洞營。
不要靠黑洞太近，因為持平來說，沒有人真正瞭解黑洞理論；主舵手 Fineman




表II：宇宙演化年表(僅供參考)

t10-4310-3410-1010-5110121061091010ly
A(t)10-25101013101610191024102510271027cm
T10321027101610131010105104103 0K
事件InflationstartsInflation endsGUT電弱造物紀Quark-HadronMatterDominant原子、透明GalaxyNow





表III：常數表

1GeV=1.6022×10-3 erg
=1.1605×1013K
=1.7827×10-24 g
1GeV-1=1.9733×10-14cm
=6.5822×10-25sec
1GeV2=2.4341×1021 erg sec-1
1AU=1.4960×1013cm=7.5812×1026 GeV-1
1pc=3.2165 ly=3.0856×1018 cm







kB=1.2807 ×10-14 erg K-1

Answer 2

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Answer 3

參考資料
自己

唬誰阿...

Answer 4

好像有幾題知識+有人問過說~
你可以打搜尋找找看喔~^^

Answer 5

5沒有最高溫喔!!
7冰屋可以保暖

拍謝!!~只知道2題= = ||