138.2億歲的宇宙的年齡是如何計算出來的?

2020-11-29 科學新視界

目前我們已經知道了我們宇宙的年齡大約在138.2億歲左右,宇宙的年齡可不能瞎編,那麼這個數據是如何計算出來的呢?我們人類文明才不過幾千年的歷史,我們是怎麼測出宇宙的年齡是一百多億歲的呢?測算的方法也是經過了很多變化的。

宇宙背景輻射

類比法

最開始人類採用的是類比法進行測算。想要知道宇宙的年齡,我們可以通過測算出宇宙中最古老的天體的年齡來推算出宇宙的年齡。那麼天體星球的年齡又該如何進行科學的計算呢?

以我們的地球為例,地球上存在著各種各樣的元素,而一些放射性元素都是具有自己的半衰期的。看過我文章的朋友們可能還記得什麼是半衰期,一般來說,放射性元素的原子核有一半發生衰變所需要的時間。半衰期是不受外界環境影響的,不和外界的物理和化學狀態發生反應,完全是由原子核內部自身決定的。

放射性

比如我們常說的鈾元素,它的半衰期就是45億年,於是科學家們就詳細測算出了一些放射性元素的半衰期,通過衰變規律,我們就能夠測出地球巖石的年齡,從而就推算出我們地球的年齡大概是46億歲。於是科學家們通過高精度光譜觀測,對宇宙天體中的放射性同位素釷-232和鈾-238的含量進行了測量,從而就發現了大量的古老天體。其中在2007年發現的一顆編號為HE 1523-0901的紅巨星的年齡高達132億歲。這意味著我們的宇宙的最小年齡為132億歲。

紅巨星

但是這種方法註定是不準確的,我們根本就找不到最古老的的那顆天體。這種方法只能測出宇宙的最小年齡,卻無法得出一個精確的數值。於是哈勃紅移測算法出現了。

哈勃紅移測算法

1915年,愛因斯坦發現了廣義相對論,利用廣義相對論,我們推出了一個重要的理論,我們的宇宙正在膨脹。當我們用望遠鏡去觀測宇宙深處的星系時,高速遠離我們的星系發出的光譜會向紅色的一方移動,速度越快,紅移就越大。這樣我們就可以得到這個天體的遠離我們的速度。

哈勃紅移

與紅移相反的就是藍移,如果一個物體高速向我們靠近,那麼它的光譜曲線就會向藍色的一方移動。通過計算我們得知,離我們越遠的星系,遠離我們的速度就越大,而星系與我們的距離與其退行速度之間是有客觀規律的,這個規律就是哈勃定律。

藍移與紅移

通過哈勃定律,我們就算出了一個值,也就是哈勃常數(河外星系的退行速度與距離的比值)。這是一個固定不變的常數,現在的精確值大約是67.80千米每秒每百萬秒差距,誤差在0.77上下浮動。翻譯成通俗語言就是每增加300萬光年的距離,星系遠離我們地球的速度就增大大約67.80千米每秒。

哈勃定律

通過這種方法,我們就能夠通過計算得出宇宙大爆炸以後兩個星系分開所花費的時間,於是大爆炸宇宙模型得以創立,從而得出我們的宇宙年齡大約在138.2億歲左右。當然,這個結果有著明確的局限性,因為我們地球所在的位置導致了我們看到的物質是相當有限的,138.2億年到底是精確值還是近似值我們無從解答,至少從現行的主流理論來看,它是相對正確的。

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