Re: [請益] 為何行星會自轉?

[sitos (麥子)]

※ 引述《garbo (及時行善)》之銘言：
: 標題: [請益] 為何行星會自轉?
: 時間: Thu May 31 22:12:59 2007
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: 請問為何行星會自轉?
: 哪來的動能呢?
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: ◆ From: 59.104.63.119
: 推 newline:受力不均的必然結果                                      05/31 23:03
: → sitos:不過宇宙的初始狀態為何會不均，似乎是相當困難的問題。      05/31 23:13
: 推 harry901:如果可以"證明"spin  大概可以拿Nobel了吧                06/01 00:39
: → harry901:尺度小到電子也是也是  這問題目前還是個迷  統論好像有   06/01 00:40
: → harry901:說這是能量表達的方式之一  唉這部份很煩  我搞血球的力   06/01 00:41
: → harry901:學分析  也會碰到類似spin的東西  簡單的概念卻很抽象     06/01 00:41
: 推 feynman511:要是不轉才奇怪吧 哪有那麼完美又剛好的事              06/01 01:34
: 推 VElysian:不知道在太空中引爆一顆手榴彈 碎片會不會旋轉???         06/01 02:31
: → VElysian:好像不太會耶 不過 就算會旋轉 也不會變成太陽系吧 ^^     06/01 02:31
: 推 timecrisis:那未何行星旋轉得˙方向幾乎都一致?                    06/01 10:17

我簡單講一下我的看法，我認同 newline 所說的，這是受力不均的必然結果。
從現存的宇宙來看，這樣的解釋非常合情合理，正因為宇宙有不均，才有現在的宇宙。
相對地，若宇宙完全均勻，則無序度(entropy)極大，宇宙不會有任何「變化」。

然而依照熱力學定理，無序度只會變大不會變小，因此初始的宇宙必定比現在更不均勻。
然而從大霹靂假說的觀點來看，這卻難以理解，因為在大霹靂的起點，
也就是時間與空間的起點，當時都只是「一點」。也就是空間沒有分上下左右。
既然是只有「一點」，依據在己不分的原則，「一點」之上是不會有「不均」的情況。

因此宇宙如何從「均勻」變成「不均」，似乎就變得相當困難。
一種解決方式是拋棄現有物理學定律對於奇異點(singular point)的適用性，
認為物理學定律在奇異點不適用，大霹靂的起點也是奇異點，
因此我們可以逃脫對該點的推論，繼續假定宇宙原本就是不均的。

另外種作法是，認為在均云的宇宙當中因為某種機轉而使它隨機地變成不均。
在宇宙當中的真空，有一部份產生相變，而產生能量，另一部份沒有。
或者是在宇宙當中的能量，某一部份產生轉換，某一部份沒有，
因此就使得宇宙變得不均。

以宇宙背景輻射的觀測，在大霹靂放晴之後的的宇宙就已經是不均的。
而在那之前的宇宙現在尚無法觀測，因此也不知道宇宙究竟是一開始就不均，
或者是在某一個時間點後才變得不均。正如 feynman511 所問的，
哪有那麼完美又剛好的事情? 我們的宇宙形成時，有那麼完美又剛好嗎?
以目前的觀測證據還無法推論，大家就各自相信吧。

至於在接受了宇宙某個時間點後是不均的，這樣的前提之後，
要回答 garbo 與 timecrisis 的問題變較為簡單，
若是我們接受星系形成時有一個總合的轉動動量，
雖然各物質的轉動動量不同，但在重力收縮的過程當中，
藉由碰撞和引力的交互作用，這些物質會漸漸收斂到趨於同方向公轉與自轉。
而越鄰近的物質收斂度會越高。

因此在一個星系會有一個大致的公轉方向，但當中的各恆星系可能公轉速度不同。
當然也可能會存在有逆行的恆星系，不過相對而言就是少數了。
以太陽系為例，較近的各行星的黃道面大致上是一致的，也就是公轉的動量方向一致，
但是冥王星的公轉黃道面卻偏離了 17 度，公轉動量與其它行星不同。
當然還有更多的例外是小行星與慧星。

因為初始的轉動動量會經由引力交互作用而收斂，
因此同一星系當中的轉動方向大致會一致，所以從大到小的公轉與自轉方向也大都一致。
但我們仍會觀察到一些例外，例如海王星的衛星，海衛一便是逆行衛星，
它公轉的方向與海王星自轉的方向相反，因此被認為不是同時期產生，
而是在海王星形成以後再透過重力補捉到的。

關於轉動動量會收斂，可以試著拿一桶水，用力往同一個方向攪，
等到轉起來以後，再往反方向攪一下，過一陣子，往反方向的水流就不見了，
所有的水還是會往同一個方向繼續攪動，大概就像是這個樣子。

講錯的話請海涵。

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◆ From: 140.112.31.132
推 mpcb:提宇宙不均跟原po問題差太遠.... 雖然在概念上有關
→ mpcb:另星球形成需要有角動量才能發生 星系形成不一定要有角動量
→ mpcb:公轉方向一樣跟環星盤有關 (中文是這樣翻的吧)
→ mpcb:更正一點 星球形成時(極大部分)會有淨角動量
推 sitos:不好意思問一下:) 為什麼星球形成一定需要角動量?
推 mpcb:比較好塌縮...
推 sitos:那如果沒有角動量的話會無法塌縮嗎?
推 mpcb:相對難得多 需要更大的外在壓力或其他能量轉遞方式(例:磁場)
推 sitos:所以單靠重力是很難在無角動量的情況下坍縮囉??
→ mpcb:一個有角動量的系統比沒有角動量的系統容易塌縮
→ mpcb:要繼續長大就要想辦法把角動量帶走 (才能吸積)
→ mpcb:如果沒有角動量 位能轉換成動能 就又往外跑了...
推 sitos:也就是說沒有進入軌道，很容易從另一邊衝出去? :)
→ sitos:同樣的動量若有分給角動量，會讓法線速度較低，必易飛出? :)
推 sitos:                                            不