《重力簡史》:沒人知道是什麼的宇宙「暗物質」

《重力簡史》:沒人知道是什麼的宇宙「暗物質」
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宇宙中存在著「看不見的物質」的想法,終究沒有進入天文學主流,也許是因為這原本就令人難以置信。但羅賓與福特對於恆星在螺旋星系中公轉的極精確觀察改變了一切。大量恆星速度異常的數據,終於讓此事浮上檯面。

文:馬可士.鍾(Marcus Chown)

太陽系外行星

我們目前已知繞著其他恆星公轉的行星有數千顆,這些「太陽系外行星」(exoplanets)難以直接觀測。許多行星的存在,反而是從它們對母恆星的作用間接被推測出來的。這全都歸功於牛頓引力定律的相互性。太陽對行星的引力大小,就跟行星對太陽的引力大小一樣。當然,太陽因為質量巨大許多而難以移動,所以產生的反應也相對小得多。雖然如此,它還是會移動。

嚴格來說,這代表行星並不是繞著靜止的太陽運轉。行星繞著太陽運轉,是牛頓為了能夠進行預測所採用的另一個概算法。相反的,行星與其太陽是繞著它們共同的質量中心運轉。因為太陽是個質量比行星巨大許多的天體,共同質心會靠近太陽的中心點,通常也在它熾熱的體內。[1] 當行星繞著體系的共同質心在大範圍的軌道中運轉,太陽則繞著質心在極小的軌道中運轉。

另一個思考方向則是:想像行星拉著太陽往某一方向,在軌道繞行半圈後,又拉著太陽往相反的方向去。這會造成太陽有些微移動或「晃動」,在地球上以靈敏的儀器可以測出這些晃動。以警笛為例,它在靠近時的頻率或「音調」會比較高,遠離時的頻率則會比較低,恆星裡原子放射光的頻率也是一樣的情況,其頻率的高低取決於距離地球的遠近。藉由測量氫之類元素的共同原子其「都卜勒效應」(Doppler shift)的大小,天文學家可以判定出恆星靠近或遠離地球的速度。

在恆星受到行星引力拉動的情況中,像木星那麼大的行星造成的最大晃動速度只有每秒幾公尺,而像地球這麼大的行星則只有每秒10公分左右。換句話說,像太陽這種直徑超過100萬公里的高熱氣態球體,在受到木星及地球引力的影響下,接近與遠離我們的速度分別跟慢跑者與烏龜差不了多少。雖然這是科技上的大挑戰,天文學家還是可以用高靈敏度的「光譜儀」(spectrograph)來測量這類速度,並推測未知行星的存在。[2] 從1990年代起,經由這種方式已經發現了超過2,000顆行星,目前也正以此科技搜尋第二個地球。[3]

就未知領域的預測而言,牛頓引力定律最驚人的應用不在恆星與行星的領域,而是在宏觀宇宙中。20世紀末,天文學家才驚訝的發現,他們原以為恆星與星系是構成宇宙的唯一元件,但其實恆星與星系只占宇宙的一小部分。宇宙中的物體比我們所想的還要多很多,而且是我們完全看不見的。

看不見的宇宙

1960年代與1970年代末期,華盛頓州卡內基研究所地磁系(Department of Terrestrial Magnetism ofCarnegie Institution of Washington)的薇拉.魯賓(Vera Rubin)與肯特.福特(Kent Ford)開始研究螺旋星系(spiral galaxies)。這些星群的巨大漩渦大概占了所有星系的15%,其中當然也包括我們的銀河系。羅賓與福特開始量測在螺旋星系的恆星,其繞著中央巨大「凸起」旋轉的速度有多快。

這兩位天文學家挑選看得到側邊的螺旋星系,因為在這種體系中的恆星會隨著我們的視線移動。運用超級靈敏的光譜儀,他們可以量測出比過往任何人都還要準確的恆星速度。

距離每個星系中央極為遙遠的恆星,其所受的引力應該也比較小。因此,羅賓與福特預期這些行星也會像太陽系中距離太陽極遠的那些行星一樣,運轉的速度越來越慢。

然而,結果並非如此。

這兩位天文學家盡可能地找到離每個螺旋星系中央最遠的恆星,卻發現這些恆星公轉的速度依然一樣。這些恆星公轉的速度太快了。它們就像坐在加速旋轉木馬上的孩童,可能會從旋轉木馬般的螺旋星系中被甩出來,飛越過星際的空間,因為母星系的引力無法拉住它們。但是引力卻拉住了它們。

今日的天文學家跟19世紀時的前輩一樣,對牛頓的引力定律都有著不可動搖的信念,因為引力在這麼多世紀以來,成功解釋了許多事物。[4] 所以對於螺旋星系中恆星的異常運作,他們的解釋與亞當斯及勒維耶對於天王星異常運作的解釋相差不遠。天文學家認為,螺旋星系中的恆星之所以不會飛到星際空間中,是因為這些恆星受到更多望遠鏡未見物質的引力牽引所致。而這些物質非常非常的多。

值得注意的是,每個螺旋星系都嵌在「暗物質」(dark matter)所構成的巨大球形雲霧中,就像被一大群蜜蜂所包圍的光碟片一樣。暗物質不發光,或至少光量不足以讓當前最靈敏的儀器所測得,而且重量通常是可見恆星的十倍。

海王星的發現,只不過顯示我們忽略了太陽系中一顆行星的存在。然而,暗物質的發現遠遠重要許多,因為這顯示我們忽略了宇宙中大部分的物質。

事實上早在1930年代,宇宙中存在的物質比任何人猜想的都還要多的第一個線索就已經出現。加州理工學院瑞士裔美籍天文學家弗里茨.齊維奇(Fritz Zwicky)那時觀察著星系團,驚訝地發現,組成星系團的那些星系旋轉得如此快速,照道理應該會被拋到無窮遠的地方去。荷蘭天文學家揚.歐特(Jan Oort)也在同期發現,太陽附近的恆星似乎以更快的速度繞著銀河系中心轉動,這超出太陽軌道內可見物質產生的引力所能解釋。


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關鍵議題研究中心TNLR日前做了一份線上問卷「基金申購偏好調查」,針對台灣網路人口結構抽樣20歲以上的受訪者,回收1,000份有效樣本。

40歲以上最重視安穩退休與子女教育

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資料來源:關鍵評論網,基金申購偏好調查,調查期間 2022/6/30-2022/7/5

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資料來源:關鍵評論網,基金申購偏好調查,調查期間 2022/6/30-2022/7/5

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但在執行長期投資的過程中,市場波動永遠是投資人最擔心的變數,由於共同基金具備資產分散與主動式操作的特性,不但可以幫投資人降低波動風險,也有助於慢慢幫投資人累積財富。不過這一切的前提,就是必須搭配正確的投資方式

巴菲特曾說:「窮人投資金錢,富人投資時間」。在理財的過程中,無論投資本金有多大,「時間」都是影響投資成效的重要因素,投資的時間越長,能享受到的複利效果也就越高,理財目標也就越容易達成。

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定期定額是長期投資的勝利方程式

基於上述理由,「定期定額」就成了投資人最青睞的投資方式。根據中租基金平台與關鍵評論網合作的調查顯示,有61%的投資人習慣用「定期定額」的方式來理財,另也有21.7%的投資人傾向用「單筆投資」來進行。另外,偏好定期定額的比例約為單筆投資的兩倍,可見這種每個月只要3000~5000元的投資方式,受到多數小資族的青睞。

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資料來源:關鍵評論網,基金申購偏好調查,調查期間 2022/6/30-2022/7/5

定期定額之所以受到歡迎,主因是投資人不需要具備龐大的資金,也能開始自己的投資旅程;再加上每次投入的資金相對較小,所以對投資時機的掌握度也就不必那麼高。以子女教育金為例,在孩子成長的過程中,全球經濟可能會經歷2~3次的循環,中間的市場波動一定比較大;但透過定期定額,投資人反而可以累積這幾次景氣循環下來的財富增長,而且在這過程中,他們也不必額外花心力去猜測市場的高低點,算是一種相當輕鬆的投資方式。

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所以對小額投資人來說,定期定額的好處,就是在市場上漲時,可以跟隨市場行情上漲而獲利;但在市場下跌時,也可以用相同的金額,買到較多的單位成本去降低投資成本,而且更重要的是,透過每個月有紀律地扣款進場,停利不停扣,投資人可以增加買在低點的機會。

當然,如果投資人對市場動態的掌握相當精準,「單筆投資」就是最佳的方式。但在現實生活中,有這樣能力的人實在是少之又少,因為人類先天在性格上就有貪婪與恐懼的特性,所以在判斷投資時點的時候,多數投資人反而會因為過度自信或情緒波動,就犯下追高殺低或暫停投資的錯誤決策。

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資料來源:中租基金平台

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