高考申論題
108年
[天文] 宇宙學
第 一 題
📖 題組：
宇宙學原理：（每小題 10 分，共 20 分）
宇宙學原理：（每小題 10 分，共 20 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
在早期的完美宇宙學原理中，人們假設宇宙是不變的（stationary）。請提出至少三種證據顯示宇宙有明顯改變，說明此一假設不正確。
思路引導 VIP
看到「完美宇宙學原理（平穩宇宙）」的破綻，應直覺聯想大霹靂理論的觀測支柱。答題時需緊扣「時間上的演化」此一核心，透過多重觀測證據（如微波背景輻射、輕元素豐度、深空天體分佈）來證明早期宇宙與現今宇宙在物理狀態（溫度、密度、結構）上有著極大的差異。
小題 (二)
在現代的宇宙學原理中，人們也假設宇宙是均勻的（homogeneous）。但在觀測上我們看到了宇宙的密度明顯是不均勻的，例如有星星、星系、星系團等各種結構，為何人們仍相信且採用此一假設？
思路引導 VIP
解答本題的關鍵在於建立「尺度（Scale）」的概念。請先區別小尺度下的重力崩塌結構與大尺度（> 100 Mpc）的統計平均，接著提出兩大觀測鐵證（CMB 溫度漲落極小、大型星系巡天調查的大尺度平滑），最後說明此假設對於建立宇宙學標準模型（FLRW 度規）的理論必要性。