天文學家是如何計算宇宙年齡的?

2020-12-06 科學船塢

不了解天文的人們可能認為人類那麼渺小的生物怎麼可能能窺探的了宇宙的秘密?所以宇宙的年齡也是瞎猜的,這是他們一貫的看法,事實上真的是猜測嗎?當然不是了。

起初人們認為宇宙是一個靜態的且沒有開端的永恆宇宙,但天文學家的觀測告訴他們事實並不是如此,宇宙不是一個永恆的宇宙,它與人類一樣、與一切渺小的事物一樣都有壽命,宇宙是有開端的。

既然有開端,那麼宇宙就存在年齡的問題,宇宙到底多大歲數了呢?

對於宇宙年齡的計算,起初天文學家是根據測定宇宙中較古老的恆星的年齡來大致推測宇宙的年齡,第一批恆星的誕生大約在宇宙誕生後的4億年,與此同時宇宙開始了再電離時代,第一批恆星富含氫、氦,不含有重元素且質量巨大,壽命很短,沒過多久大部分的恆星就消亡殆盡了。而後來出現的恆星或多或少都含有一些重元素。

天文學家測定了一顆年齡相對古老的恆星,年齡約為130-139億歲(是有誤差在內的),但是這顆恆星含有少量的重元素,這不可能是宇宙的第一批恆星,所以宇宙的年齡要比這顆恆星的年齡大上4億歲以上,結合那個誤差來看,宇宙的年齡起初人們認為是在135億歲左右。

較為準確的測算是根據哈勃常數結合ΛCDM模型來計算宇宙年齡的,上世紀二十年代,天文學家發現了宇宙在膨脹的過程中,星系遠離地球的速度與其距離成正比,這就是哈勃定律,其中一個很重要的常數就是哈勃常數(速度-距離比)。宇宙一直在膨脹,並且結合宇宙微波背景輻射的研究說明了宇宙必有一個開端,那麼就好辦了,只需要有一個膨脹的速率就可以知道宇宙膨脹到如此之大究竟用了多久的時間。

由此計算出來的宇宙年齡也只是一個估計值,因為宇宙的膨脹速率並不是定值,而是加速-減速-加速這麼一個起伏的過程。

天文學家將數據代入到ΛCDM模型中得到了一個較為準確的數字:137.99±0.21億年,這是目前最為準確的宇宙年齡數值了。所以,我們看到的一些天文上的數字,其數值怎麼得來的呢?是經過嚴謹的計算得出來的,並不是像一些人認為的那樣就是在實驗室中瞎猜的,每一個數據的出爐都需要科學家夜以繼日的去驗證。

天文學家哈勃

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