宇宙在膨脹,星係為何還會發生碰撞?

2021-02-08 環球科學

本文原載於《環球科學》ASK THE EXPERTS欄目。



宇宙在膨脹，星係為何還會發生碰撞？


解答專家

塔瑪拉·戴維斯（Tamara Davis）

宇宙學家、澳大利亞昆士蘭大學研究員、丹麥暗宇宙學中心合作夥伴


翻譯

詹浩


宇宙的動態變化受制於一些相互對抗的力量，這些力量的作用隨尺度的不同而發生變化，因而在某些區域，局部力量的作用可能會蓋過普遍存在的力。在比星系團（galaxy cluster）更大的尺度上，所有的星系其實都在以越來越快的速度相互遠離。在如此遙遠的距離上，兩個星系之間的引力很小，根本發揮不了明顯作用，因而這兩個星系或多或少都會遵循宇宙膨脹的一般規則。在一個星系的鄰近區域發生的情況卻與此不同。在那裡引力吸引作用可能會非常明顯，天體間的相互作用會更強烈。


一些人認為，暗能量正是引起宇宙加速膨脹的原因，它提供了一種恆定的外向推動力，這種力不會隨著宇宙的膨脹而減弱。與這種綿綿不斷的外向推力相對抗的，則是來自宇宙中其他物質和能量的內向拉力。早期宇宙比現在要緻密得多，當時引力在大尺度和小尺度上都贏得了這場抗爭。氣體雲團冷凝形成恆星和星系，而星系則相互靠攏形成星系團。如果當時存在更多的物質，宇宙可能就會開始坍縮，根本沒有機會再加速膨脹了。但是隨著宇宙體積的增加，物質和能量的密度確實越來越低，因此暗能量逐漸佔據了統治地位。從大約60億年（地球形成前大約10億年）開始，宇宙膨脹速度就一直在加快。


儘管如此，宇宙「交誼舞會」仍會繼續。在宇宙開始加速膨脹之前就靠攏在一起的星系，仍有可能發生碰撞。它們聚集在一起形成了宇宙中密度較大的區域，萬有引力在這些區域仍處於支配地位。在我們的鄰近區域中，最大的仙女座星系實際上正在向我們靠攏，僅僅數十億年後，我們就會首次與它親密接觸。


我們所在的本星系群（local group）包括仙女座星系、大小麥哲倫星雲和大約35個其他星系，它們全都屬於一個更大的星系團，名為室女座星系團。我們將和這個星系團中的所有星系一起，共同穿越不斷膨脹的宇宙。我們最好試著喜歡上這個團隊——任何一個以前沒有贏得萬有引力戰爭的星系，都已失去了取得勝利的所有機會。目前，宇宙已經被分裂為一些由相互作用維持的小塊區域，它們將各自為陣穿越不斷膨脹的宇宙。


正像一艘輪船上的狂歡者那樣，我們本星系群中的星系將繼續以無數有趣的方式碰撞和相互作用，但是浩瀚宇宙中其他「輪船」上的狂歡者將與我們揮手告別，再也不會相見。


為什麼環境溫度接近體溫時,我們會覺得熱


解答專家

傑弗裡·W·沃克（Jeffery W. Walker）

美國亞利桑那大學生理學教授


翻譯

詹浩


人體就像一臺持續不斷產生大量熱量的引擎，所以可以這樣說：在較熱的氣候條件下，這臺引擎散熱的效率最低。


熱量是人體組織在工作時不可避免會產生的副產物。心臟、隔膜和四肢的肌肉收縮；維持神經電特性的離子泵；以及分解食物和合成一些新組織的生物化學反應，都在不斷地產生人體熱量。就像活動中的火山會不斷湧出巖漿一樣，活躍的內部器官也極其需要人體將熱量向外界發散。人體通過靠近皮膚表面的血液循環、呼出溼潤的熱氣，以及蒸發汗液來排放熱量。


當周圍溫度處於21℃左右時，這些散熱方式效果最佳，這時我們感覺最舒適，這些散熱方式也足以使核心體溫（core body temperature）保持在36.7℃左右。但是當周圍溫度接近人體核心體溫時，這些散熱方式的效果將不再處於最佳狀態，因此我們會覺得熱。特別是當空氣溼度較高時，我們會感覺悶熱難當。溼度之所以具有如此明顯的影響，主要是因為人體身上的水分可以吸收很多熱量，然後通過蒸發作用將這些熱量散發掉。一切不利於這種水分蒸發作用的環境因素，例如潮溼的空氣、缺少微風、厚厚的衣服等，都會使我們覺得酷熱難耐和極度不適。



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