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- 宇宙學 想不通
- 黑洞 還有哪些不清楚
- 黑洞 我們知道什麼
- 重力波 到底觀測到什麼
- 地球內部 無法直接觀測
- 暗物質 暗能量 未解之謎
- 科學 直接觀測 間接觀測 理論預測
- NASA 加油
1. 為什麼偏偏宇宙學就是讓人想不通
一般的邏輯和身邊的物理，大多還是想得通的。
東西放手會往下掉。 用力推就會動。 摸到燙的東西會覺得燙。 在水裡越深，壓力越大。 在地球中心，重力的方向會互相抵消，但壓力從四面八方都大得驚人。
這些事，直覺和理論大致上都接得起來。
可是一講到宇宙，突然就變得很難接受了。
黑洞。 重力波。 時空扭曲。 暗物質。 暗能量。 宇宙膨脹。 奇異點。
聊到這裡，難免會想：「等一下，這些真的搞清楚了嗎？」
我覺得，這是一種相當健康的懷疑。
宇宙學並不是一個什麼都弄明白了的成品。
有些部分已經被驗證得非常紮實，有些部分確實還沒搞清楚，兩者混在一起。
所以重點不是用「信」或「不信」這種粗暴的方式處理宇宙科學。
直接觀測到的事。 透過間接證據有力推斷出來的事。 理論上預測會如此的事。 還沒搞清楚的事。
重點是把這四類分開。
不分開就說「我們全都懂」，那就會變成相當草率的「野猴子科學」（不講依據、裝懂的偽科學）。
2. 黑洞光是「洞」這個名字，就容易讓人誤會
「黑洞」這個名字很容易引起誤解。
我們會不自覺想到甜甜圈的洞、鼻孔那樣，某樣東西上空出來的一塊空間。
但NASA的說法是：黑洞並不是真正意義上的洞，而是把大量物質塞進了極小的空間裡。在事件視界（有去無回的邊界）以內，重力強到連光都逃不出去。
所以與其說黑洞是「宇宙裡開的一個洞」，不如說它是
重力強到再也沒有路可以回到外面的區域。
拿《七龍珠》（日本非常有名的漫畫和動畫）來比的話，「界王星的重力很大」這個切入點其實滿貼切的。
不過黑洞可不是界王星的加強版，而是再高一個檔次的危險。
- 界王星：重力大。但努力一下還是能活動，也能回去
- 黑洞：一旦越過邊界，連光都回不來
- 界王星：修行的地方
- 黑洞：出口判定消失的宇宙牢籠
所以黑洞與其說是「洞」，不如說更接近依物理定律已經沒有歸途的狀態。
3. 「義大利麵化」並沒有在人身上被直接觀測到
據說掉進黑洞會被拉成義大利麵那樣細長。
但這裡也別裝得太懂。
並沒有人拍到過有人掉進黑洞、像麵條一樣被拉長的瞬間。
這當然還沒觀測到。
義大利麵化的依據，主要是潮汐力的理論，以及可以解釋為恆星靠近黑洞後被撕裂的觀測。
潮汐力，是因為物體靠近的一側和遠離的一側所受重力大小不同而產生的力。
比方說你腳朝下掉下去，腳離黑洞比較近。 所以腳被拉得比較用力。 頭被拉得稍微弱一些。
這個差距會把你沿縱向拉長。 同時在橫向上被擠壓。
這就是義大利麵化的基本畫面。
不過，這裡有必要整理一下。
- 因重力差而使物體被拉長：理論上相當可靠
- 恆星在黑洞附近似乎被撕裂的現象：已被觀測到
- 人真的被義大利麵化的影像：沒有被直接觀測到
- 事件視界內部最終會發生什麼：還有不清楚的地方
NASA也說明，物質越過事件視界之後會發生什麼，仍有尚未準確弄清的部分。
把這些混在一起說「全都搞懂了」，就有點草率。
我覺得最誠實的說法是這樣的。
在黑洞附近，潮汐力預計會把物體拉長，也有觀測可以解釋為恆星確實被撕裂了。 但人體大小的義大利麵化並沒有被直接觀測到，黑洞內部也仍有未解之處。
說到這個程度，剛剛好。
4. 地球中心的重力會抵消，但壓力是頂級的
聊重力時，會自然冒出一個疑問。
在地球上，物體會被拉向地球中心。 那如果人在地球中心，會怎麼樣？
結論是：在接近球對稱的模型裡，地球中心的重力加速度幾乎為零。
因為四面八方都是地球的物質。
右邊在拉你。 左邊在拉你。 上面、下面也在拉你。
如果完全對稱，這些拉力就會互相抵消。
但這裡重要的是，
重力接近於零，和安全完全是兩回事
地球中心的壓力，從四面八方都大得離譜。
就算重力的方向抵消了，上方物質的重量所帶來的壓力還是會不斷累積。
所以地球中心是這樣的：
- 重力加速度：中心處幾乎接近0
- 壓力：頂級
- 溫度：極高
- 人：當場沒命
說成「看似無重力，其實是被一整個地球的重量從四面八方擠壓的地獄」，就比較貼切了。
5. 地球內部也不是直接看到的
這一點同樣重要。
人類從未真的去過地球中心，親眼看過裡面。
我們對地球內部的了解，主要是綜合地震波、重力、磁場、熱流、岩石實驗，以及地球的運動等推斷出來的。
美國地質調查局（USGS）也說明，目前關於地球內部的資訊，來自地震波的路徑與特徵、高溫高壓下的岩石與礦物實驗，以及地球的重力、磁場和熱流等。
也就是說，對於地球內部，
並沒有直接看到。 但多條間接證據高度吻合。
就是這樣的狀態。
你不能說「沒直接看過，那就全是假的」。
但說得好像親眼看過一樣，也不對。
這裡也一樣，要把直接觀測、間接觀測和理論推斷分開。
6. 重力波能「看」宇宙，為什麼不能幫地球內部做斷層掃描
既然重力波能看見宇宙，是不是也能看到地球裡面的重力？
這個疑問非常自然。
但重力波和地球的重力場，不是同一種東西。
重力波是黑洞合併這類劇烈現象產生的時空漣漪。
美國的重力波觀測站LIGO在2015年9月14日宣布，首次直接偵測到來自兩個黑洞合併的重力波。
這說的是「遙遠宇宙裡時空發生了震動，這個震動傳到了地球」。
而地球內部的重力，基本上是一個靜態的重力場。
它不是以波的形式飛過來的東西。
當然，地球的重力場是有人在測量的。
NASA/JPL的GRACE-FO是一項測量地球重力場變化、追蹤水的移動與地表質量變化的任務。
但這並不代表就能把地球內部乾淨俐落地做斷層掃描。
光靠重力，資訊會混在一起。
就算在地表或衛星上發現「這裡的重力稍微強一點」，那到底是淺處的密度差異、深部的結構、地下水、冰，還是地函，光靠重力資料很難一次就確定。
所以想看清地球內部，除了重力，還得結合地震波、磁場、岩石實驗和數值模型等。
也就是說：
用重力波看宇宙 → 偵測的是劇烈的時空震動。
看地球內部的重力 → 測量的是質量分布造成的、安靜的重力場的不均勻。
把地球內部完整成像 → 目前還做不到。資訊會混在一起，需要和地震波等搭配使用。
整理下來就是這樣。
7. 宇宙裡「說得準的部分」和「還沒搞懂的部分」混在一起
宇宙學讓人難以接受，大概原因就在這裡。
宇宙科學其實說中了很多。
重力波偵測到了。 黑洞的陰影也拍到了。 廣義相對論經受住了大量觀測的檢驗。 地球內部也透過地震波等得到了相當有力的推斷。
另一方面，沒搞懂的東西也大得驚人。
暗物質到底是由什麼構成的？ 暗能量究竟是什麼？ 黑洞內部發生著什麼？ 奇異點在物理上真的存在嗎？ 重力和量子力學要怎麼統一？ 宇宙的開端本身該怎麼處理？
歐洲太空總署（ESA）說明，一般物質只占宇宙的極小一部分，宇宙質量與能量的95%以上由暗物質和暗能量構成。而對於暗物質，它表示仍不清楚它是由什麼構成的。
這可不是小事。
也就是說，現代宇宙學的狀態是：
相當準。 但不是最終答案。 而且人類對宇宙的大部分仍然一無所知。
所以，覺得「唯獨宇宙的解釋想不通」，一點也不奇怪。
反倒是，連沒解決的部分也被人講得好像都懂了，會覺得彆扭才更自然。
8. 看待科學，靠分類而不是信仰
說什麼「信科學還是不信科學」，其實有點粗糙。
重要的是分清楚，眼前說的是哪個層級的事。
| 層級 | 內容 | 例子 |
|---|---|---|
| 直接觀測 | 真正偵測、拍攝或測量到了 | 偵測到重力波、拍到黑洞周圍的陰影 |
| 間接觀測 | 根據結果做出有力推斷 | 地球內部結構、黑洞周圍物質的行為 |
| 理論預測 | 依公式預測會這樣 | 義大利麵化、中心重力的抵消 |
| 未解決 | 還沒搞清楚 | 黑洞內部、暗物質的本質、量子重力 |
心裡有這張表，再聽別人講宇宙，就會輕鬆很多。
「這是直接看到的嗎？」 「是間接觀測嗎？」 「是理論預測嗎？」 「還是仍未搞清楚？」
這樣分一分就行。
不必什麼都懷疑。 也不必什麼都相信。
搞清楚的部分就是搞清楚了。 沒搞清楚的部分就是沒搞清楚。
這樣就夠了。
9. 結論：宇宙想不通，不是世界出了bug，而是人類的解釋還在半路上
宇宙看起來不像是為了某個目的而打造出來的裝置。
黑洞也不像是為了什麼目的才擺在那裡，更像是把重力、質量和時空的規則推到極限後產生的現象。
所以去想「它為了什麼目的而存在」，大概會把腦袋想當機。
宇宙是個靠條件來解釋的世界，而不是靠目的來解釋的世界。
條件具備，就會形成恆星。 條件具備，恆星就會塌縮。 條件具備，就會變成黑洞。 條件具備，就會發出重力波。 條件具備，就能被觀測到。
但這些條件背後的根本規律，我們還沒有全部搞明白。
所以，面對宇宙學，我覺得這樣的態度最好。
搞清楚的地方，老老實實承認。 沒搞清楚的地方，就說沒搞清楚。 沒觀測過的東西，不要說成觀測過。 不把理論預測變成信仰。 但觀測和計算吻合的部分，也不要隨便否定。
我覺得，這是一種相當誠實的與宇宙相處的方式。
宇宙，真搞不懂。
但正因為搞不懂，才有趣。
NASA加油❤
參考資料 / Sources
- NASA Science, “Black Holes”
- NASA Science, “Black Hole Anatomy”
- NASA Science, “What Happens When Something Gets ‘Too Close’ to a Black Hole?”
- NASA JPL, “How Scientists Captured the First Image of a Black Hole”
- LIGO Caltech, “Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein’s Prediction”
- ESA, “The dark Universe”
- USGS, “The Interior of the Earth”
- NASA JPL, “GRACE-FO”
