138億年的宇宙年齡是如何計算的?哈勃常數的妙用

2020-12-05 太空記

138億年的宇宙年齡是如何計算的?哈勃常數的妙用

宇宙源於大爆炸,至今138億年的年齡,那麼這個宇宙年齡是如何計算的?

不斷膨脹的宇宙,充滿了星系和我們目前觀察到的複雜結構,源於一個更小、更熱、更緻密、更均勻的狀態。我們需要成千上萬的科學家來為我們實現這樣一個狀態而努力,但對擴張速度缺乏共識實際上告訴我們,無論哪裡出了問題,我們都有未知的錯誤,或者一場新的科學革命即將到來。乍一看,你可能會認為宇宙的膨脹速度與宇宙的年齡有關。

畢竟,如果我們回到大爆炸的時刻,我們知道宇宙正從這種緻密狀態迅速膨脹,我們知道它在膨脹時必須冷卻和減速。自從大爆炸以來的時間和它的組成決定了宇宙今天應該膨脹的速度。如果它比我們之前懷疑的增長了9%,那麼宇宙可能比我們預期的年輕9%。這是應用於問題的天真和不正確的推理,但是宇宙不是那麼簡單。

目前,宇宙的年齡是由哈勃常數計算的,即宇宙的膨脹速度。但是哈勃常數是通過幾種方法獲得的。目前,主要有三種方法提到。歸根結底,是求解宇宙時間尺度因子的一階微分方程。首先是宇宙距離階梯紅移。宇宙的膨脹速度可以通過計算一定數量的遙遠星系來確定。首先,遙遠星系的距離可以根據Ia型超新星來確定,然後回歸速度可以根據其光譜的紅移來計算。第二種是基於宇宙微波背景輻射。

這是大爆炸的活化石,它不僅記錄了138億年前宇宙的創造,還記錄了一些宇宙膨脹的信息,當然包括哈勃常數的信息。由於早期宇宙物質的輕微密度擾動,這種微小擾動可以記錄在宇宙微波背景輻射譜中,宇宙膨脹速率可以通過理論計算來確定。其中,由宇宙階梯紅移測得的哈勃常數為73.45±1.66km/s/Mpc,由宇宙微波背景輻射測得的哈勃常數為67.3±1.4km/s/Mpc,由雙星結合引力波測得的哈勃常數為70.0±12km/s/Mpc。引力波測量結果介於兩個結果之間,但誤差較大,超出了其他兩個結果的綜合誤差。

這是因為這是一個孤立的天文事件,無論是距離的測量還是光譜都卜勒紅移的估計都不是很準確。但是大致上宇宙的年齡幾近無差。

相關焦點

  • 宇宙年齡已有138.2億年,天文學家如何知道的?
    2013年3月21日,歐洲航天局公布了宇宙的精確年齡已有138.2億歲。然而由於觀測方法的不同,哈勃常數就出現了不同的數值。哈勃自己在1931年測量的是500km/s/Mpc(讀作500千米每秒每百萬秒差距),也就是一個星系距離地球每增加百萬秒差距(約326萬光年),這個星系遠離地球的速度就增加500km/秒。如果以此數值推算,宇宙的年齡只有約幾十億年,而地球的年齡都有46億年。顯然他測量的哈勃常數誤差太大。
  • 宇宙的年齡——哈勃常數測量法
    現在我們所說的宇宙年齡是按照地球地表上的時間作為標準計算的。不過其實對於地球來說,計算宇宙年齡時是用地表的時間還是用衛星軌道的時間其實根本沒什麼區別,兩者的相對論效應對於宇宙年齡來說完全可以忽略不計。而事實上我們在計算宇宙年齡時就無視兩者的差別的。目前計算宇宙年齡是通過哈勃常數(哈勃常數的倒數就是宇宙年齡),即宇宙的膨脹速率。而哈勃常數通過好幾種方法獲得,目前經常提到的主要有三種。第一種是根據宇宙距離階梯紅移。
  • 宇宙直徑達930億光年,根據相對論,為什麼宇宙年齡只有138億年?
    勒梅特通過愛因斯坦的廣相引力場公式發現了宇宙正在膨脹,因此他提出了宇宙大爆炸說,而哈勃則通過望遠鏡的觀測將宇宙膨脹實錘,並且通過觀測取得了這些天體膨脹的速率,也就是哈勃常數,那麼理論上就可以根據宇宙學模型計算出宇宙的年齡與當前宇宙的大小了,其實然並卵,現代宇宙年齡和大小計算需要的參數要複雜得多。
  • 宇宙直徑達930億光年,根據相對論,為什麼宇宙年齡只有138億年?
    勒梅特通過愛因斯坦的廣相引力場公式發現了宇宙正在膨脹,因此他提出了宇宙大爆炸說,而哈勃則通過望遠鏡的觀測將宇宙膨脹實錘,並且通過觀測取得了這些天體膨脹的速率,也就是哈勃常數,那麼理論上就可以根據宇宙學模型計算出宇宙的年齡與當前宇宙的大小了,其實然並卵,現代宇宙年齡和大小計算需要的參數要複雜得多。
  • 宇宙138億年的年齡是怎麼知道的呢?
    地球年齡是如何測定的?地球誕生前,我們人類肯定是不存在的,那我們是怎麼知道地球大約誕生於46億年以前呢?從公式(1)可以計算出唯一的未知量地球年齡T0。計算表明T0為44.3~44.5億年。宇宙年齡的測量也能用這種方法嗎?我們也能尋找宇宙中的某些物質來用同位素的測定年份方法測定嗎?科學家曾經也這樣想過,但是宇宙的那些天體是早產生還是晚產生呢?
  • 宇宙的138億年又被科學家推翻了?
    宇宙的年齡可以說是科學家關注的經典問題之一了。一般來說,宇宙年齡和三個宇宙學參數有關,即宇宙膨脹的速率,也就是哈勃常數;宇宙中正常物質和暗物質的密度(有多少會膨脹的物質);宇宙常數(一個與膨脹加速度相關的參數)。這三個參數共同描繪宇宙的膨脹過程。
  • 宇宙年齡138億年,直徑卻達到920億光年,難道不是前後矛盾嗎?
    在膨脹的宇宙中,光跑一年的距離遠不只一光年。所以在138億年的時間中,光可以達到460億光年(可視宇宙半徑)之遠,並不是什麼悖論問題。如果說,宇宙年齡有138億年,可視宇宙的直徑有282億秒差距(1秒差距=3.26光年),你或許就感覺不到悖論的意味了。我們如何判定宇宙年齡?
  • 哈勃常數出現4個版本,難道宇宙有4個年齡嗎?
    哈勃常數反映了宇宙膨脹的速率。它雖然名為常數,實際上是僅就某時某刻而言,它才是一個常數,如果沿著宇宙演化的時間軸來看,它是隨著時間動態變化的。宇宙一直在膨脹,但是膨脹的速率並不均一,有時更慢一些,哈勃常數就較小,而距今50億年以來宇宙膨脹得更快了一些,哈勃常數也變大了。
  • 宇宙年齡是怎麼計算出來的?哈勃定律立功了
    當前天文學界的主流觀點認為,宇宙來源於138億年前的奇點大爆炸,隨著體積無限小、質量無限大的奇點爆發,在極短的時間內把各種物質全部釋放出來,形成了宇宙空間和組成宇宙的各種星體。通過近年來的觀測,科學家們逐漸意識到,宇宙膨脹的速度,是在不斷加快的,2013年,歐洲航天局利用普朗克衛星,對哈伯常數進行了針對性測量,測量結果是距離地球326萬光年(百萬秒差距,,Mpc)的地方,目標星系遠離地球的速度約為每秒67.8公裡,也就是說修正後的哈勃常數為67.77±1.30 (km/s)/Mpc。
  • 宇宙年齡除了138億歲、120億歲、145億歲,現在又測出126億歲
    俄勒岡大學天文學家領導的研究小組利用50個星系,與地球的已知距離來改進哈勃常數計算,估計宇宙的年齡為126億歲。對使宇宙誕生的宇宙大爆炸進行年代測定的方法依賴於數學和計算模型,使用對最古老的恆星、星系的行為和宇宙膨脹速度的距離估計,其方法是計算所有對象需要多長時間才能返回到開頭,一個關鍵計算是哈勃常數,以天文學家埃德溫·哈勃的名字命名。
  • 哈勃常數的倒數即宇宙的年齡,這怎麼會是巧合?
    誠然,哈勃常數與宇宙年齡互為倒數。即是說,常數為70千米/(秒·百萬秒差距),宇宙年齡就是140億年,這一數值是對宇宙年紀的精準估算。如果把宇宙膨脹速率看作恆量(即不考慮重力影響),那140億年的確就是宇宙的估計年齡。
  • 哈勃常數的倒數等於宇宙的年齡。這會是巧合嗎?
    是的,哈勃參數的大小是時間的倒數,哈勃常數70 km/s/Mpc換算成倒數也就是140億年,這恰好就是宇宙的估計年齡 如果膨脹率是恆定的(即如果沒有萬有引力),這確實是宇宙的估計年齡。 相反,如果我們生活在一個只由寒冷、無壓物質(非相對論溫度下的正常物質,或暗物質)構成的宇宙中,宇宙的估計年齡將會是這個數值的三分之二,大93億年,而考慮到我們所知的天體至少有130億歲,這顯然太年輕了。
  • 宇宙138億年的年齡是怎麼算出來的?
    關於宇宙的年齡,你會發現有各種各樣的說法。目前公認的宇宙年齡大概有138億年的歷史,但有些人認為宇宙年齡沒這麼古老,而另一些人則認為宇宙的歷史是無窮無盡的,根本就沒有開始!持不同看法的人其實他們心裡的宇宙模型不一樣,例如有些人認為宇宙一直存在,那麼談年齡就沒有任何意義!
  • 宇宙138億歲了!研究發現引力波可以解決哈勃常數之謎!
    這是一項新研究的結論,研究人員說,這項研究也可能揭示宇宙的最終命運。宇宙自138億年前誕生以來一直在擴張,通過測量目前宇宙膨脹的速度,即哈勃常數,科學家可以推斷宇宙的年齡和它當前狀態的細節。甚至可以用這個數字來試著了解宇宙的命運,比如宇宙是否會永遠膨脹,是否會自行坍縮,或者是否會完全分裂,科學家們使用兩種主要的方法來測量哈勃常數,一種方法是監測附近的天體,這些天體的性質科學家們都很了解博科園-科學科普:比如超新星爆炸和造父變星等脈衝恆星,以便估算它們之間的距離,然後推斷宇宙的膨脹速度。
  • 新方法完善了哈勃望遠鏡的常數和宇宙年齡
    由俄勒岡大學天文學家領導的研究小組利用已知的距地球50個星系的距離來完善哈勃常數的計算,估計宇宙的年齡為126億年。測年的關鍵是哈勃常數,該常數以愛德溫·哈勃(Edwin Hubble)的名字命名,他於1929年首次計算了宇宙的膨脹率。另一項最新技術是利用觀測到的大爆炸留下的輻射。它繪製了時空中的顛簸和擺動(宇宙微波背景或CMB),並反映了哈勃常數所設定的早期宇宙中的情況。
  • 科學家計算出宇宙的新年齡 年輕了12億歲
    7月29日,據外媒報導,之前有研究推測宇宙大約有138億年的歷史,來自美國俄勒岡大學的一項新研究表明, 宇宙的年齡可能比之前推測的要年輕12億年。這項研究將地球與50個不同星系的「可觀測量」進行了對比,並調整了哈勃常數,專家們通過調整後的數據重新配置了塔利-費舍爾關係,最終得出了新結論。通過新的方法,研究人員計算出新的哈勃常數為75.1,這意味著宇宙大約有126億年的歷史。
  • 宇宙才138億歲,這顆恆星卻存在了144.6億年,這應該如何解釋?
    要知道宇宙才138億歲,很顯然,「HD 140283」的壽命遠遠超過了宇宙本身的年齡,這就令人奇怪了,宇宙中怎麼會存在比宇宙本身還要古老的恆星呢?(哈勃太空望遠鏡)可以看到,看上去問題依然沒有得到解決,宇宙才138億歲,這顆恆星卻存在了144.6億年,這應該如何解釋呢?對此霍華德.邦德研究團隊指出,他們的計算結果只是一個估算值,這允許存在8億年的誤差,144.6億年減去8億年之後,就是136.6億年,剛好就比宇宙本身的年齡小。
  • 宇宙才138億歲,這顆恆星卻存在了144.6億年,這應該如何解釋?
    138億歲,這顆恆星卻存在了144.6億年,這應該如何解釋呢?對此霍華德.邦德研究團隊指出,他們的計算結果只是一個估算值,這允許存在8億年的誤差,144.6億年減去8億年之後,就是136.6億年,剛好就比宇宙本身的年齡小。
  • 宇宙年齡138.2億年怎麼來的?依據什麼原理測量?
    現在科學公認,宇宙的年齡已經有138.2億年了。那你知道這個年齡是怎麼測定的嗎?它的測量原理是什麼呢?測量的依據是什麼呢?其實這一切都是建立在宇宙大爆炸的理論之上,科學家們建立的大爆炸理論認為,宇宙起源於138.2億年的一次突然的爆炸。從那個時候開始,時間才具有意義。
  • 宇宙年齡138億年,宇宙直徑930億光年,光速最快,這不矛盾嗎?
    我們在談論宇宙的空間大小和時間概念時,經常會提及或者看到宇宙年齡138億年和可觀測宇宙直徑930億年,這兩組數字都還有「億」這個字眼,都是表明宇宙時間發展演化特徵的標量,按理說宇宙向外膨脹,即使給它最快的膨脹速度光速,宇宙的可觀測半徑也會只有138億光年呀,但是為何會有直徑930億光年這麼大呢