宇宙的年齡是如何計算出來的?

2020-12-06 火星科普

關於宇宙年齡是如何得到的,最簡單的方法可以通過哈勃常數來計算。

早前的大多數人認為宇宙已經存在了無限長的時間,並且保持穩恆的狀態。到了二十世紀初,哈勃的一系列發現徹底改變了人們對宇宙的認識。首先,哈勃發現了河外星系的存在。其次,哈勃還發現宇宙中的星系幾乎都在遠離銀河系,並且遠離速度和距離成正比,這就是著名的哈勃定律。

哈勃定律表明,宇宙正在膨脹變大,而非一直處於穩恆態。這意味著過去的宇宙要比現在小得多,宇宙存在一個時間開端,根據哈勃定律可以計算出宇宙的誕生時間:

V=H·D

上式中V表示星系遠離銀河系的速度,D表示星系與銀河系的距離,H表示哈勃常數。

通過測量各種星系的遠離速度及其對應距離,可以得到比例係數哈勃常數。不過,哈勃常數難以精確測量出來,不同方法的測定結果有所出入。這裡以最近剛剛利用重子聲學振蕩法測出的哈勃常數為準:67.77±1.30 (km/s)/Mpc。那麼,具體如何計算宇宙的年齡呢?

對於一個距離銀河系非常遙遠的星系,假設它從宇宙誕生之初(星系在很早就已經形成)就以恆定的速度在遠離銀河系,那麼,它的退行速度又可以由下式計算出來:

V=D/t

變化一下形式:

t=D/V

上式中的t可近似認為是宇宙的年齡。然後再把哈勃定律代入上式可得:

t=1/H

也就是說,宇宙年齡等於哈勃常數的倒數。代入哈勃常數67.77 (km/s)/Mpc,可以計算出宇宙的年齡約為144億年。

利用哈勃常數只能做個大致估算,因為宇宙的膨脹速度並非一直保持相同,過去在減速膨脹,現在加速膨脹,這導致過去的哈勃常數與現在其實是不完全相等的。

為了較為準確地計算出宇宙的年齡,需要使用Λ-冷暗物質(ΛCDM)模型,相應的計算公式如下:

上述參數可由普朗克衛星測定出來,由此可以計算出宇宙的年齡為137.99±0.21億年。

另外,利用Λ-冷暗物質模型,還能得到可觀測宇宙的大小:

通過觀測數據結合上述模型,可以計算出可觀測宇宙的半徑約為28.5 Gpc,即465億光年。

相關焦點

  • 宇宙的年齡是怎樣被計算出來的?
    宇宙既然留下了它演化的信息,那我們當然可以計算出它的年齡。現在科學界普遍認為宇宙的年齡在130億~140億年間,這個時間是怎樣計算出來的呢?在通常演化的宇宙模型裡,宇宙年齡指宇宙標度因子為零起到時刻的時間間隔。
  • 天文學家是如何計算宇宙年齡的?
    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。
  • 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。隨著近100多年來對宇宙的逐步深入觀測,人類對宇宙的發展演化越來越有全新的認知。關於宇宙的年齡問題,是在對宇宙膨脹認識的基礎強推導演算而來。上個世紀20年代,美國天文學家哈勃通過長時間的天文觀測,發現距離地球遠越遠的星系,其天體發出電磁輻射的可見光譜線,向紅端移動的幅度就會越大,由此提出了星系距離與紅移成正比的哈勃定律,從而證實了宇宙在逐漸膨脹的事實。
  • 138億年的宇宙年齡是如何計算的?哈勃常數的妙用
    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。
  • 宇宙的年齡真的是138億年嗎?怎麼計算出來的?
    這是我們銀河系中年齡最大的恆星的數位化測量圖像。這顆老化的恆星編號為HD140283,距離我們超過190光年。NASA / ESA哈勃太空望遠鏡用於縮小恆星距離的測量不確定性,這有助於改進145億年(正負8億年)更精確年齡的計算。這可以與一個擁有138億年歷史的宇宙(在不確定性範圍內)相協調,但不會與一個年僅125億年的宇宙相協調。
  • 科學家計算出的宇宙年齡和大小,真的準確嗎?
    導讀:我們經常會聽到這樣的知識:我們的宇宙誕生於大約138億年前的一次大爆炸,在那之後,宇宙一直處於膨脹之中。目前,科學家觀測到的宇宙直徑大約有930億光年,而且還在增加!聽到這裡,不知道大家有沒有疑問,科學家們是如何計算宇宙的年齡和大小的呢?
  • 你知道科學家是如何計算宇宙年齡的嗎
    以前科學家一直弄不清宇宙有多古老,近一個世紀以來 - 由於愛因斯坦,哈勃,勒馬特等人的發現我們正在慢慢靠近這個謎團的答案——大約有138億年。但在過去十年中,科學家使用新方法得出的結果正在縮小這個誤差,最後得出的結論和以前的答案不大一樣。
  • 宇宙的年齡是怎樣測算出來的?有沒有檢驗這個年齡的方法?
    ,還知道這些不同形式的能量是如何影響宇宙的膨脹率,因此我們就能知道宇宙在其歷史上的每個階段是如何膨脹的,以及宇宙的年齡是多少。雖然我們知道今天的宇宙的膨脹率,但我們不能直接通過這個碰撞率和天體的目前離我們的距離來算宇宙的年齡,因為宇宙的膨脹率在其歷史上是一個變化的過程,有物質和輻射掌控的宇宙是一個減速的過程,而有暗能量掌控的宇宙是一個加速的過程。但是我們知道了宇宙中的各個組成成分如何影響宇宙的膨脹率,以及如何隨著宇宙的膨脹其能量密度會發生怎樣的變化。
  • 地球的年齡有多大?科學家是如何計算出來的?
    由此產生的知識導致了目前的理論,地球的實際年齡是45.5億歲。但最古老的鋯石只有43億歲,雖然現階段的證據可以反駁像哈姆這樣的創世論人,但是很大程度上地球的年齡還是被縮小了。然而,科學家們研究的不僅僅是地球上的巖石。正如華盛頓郵報科學記者薩拉·卡普蘭指出的那樣,即使是最古老的鋯石也不如地球本身古老。
  • 太陽真實「年齡」46億歲,科學家是如何計算出來的?
    通過放射性元素就可以精確推算出地質年齡,這種推算方法叫做放射性定年法。通過這種推算方法,科學家們發現地球的誕生年齡已經46億年左右,所以太陽的的誕生年齡應該更早,估計在46億年到50億年之間。在浩瀚的宇宙裡,像太陽這樣的恆星數不勝數,僅僅在銀河系就存在著至少2000億顆到4000億顆。
  • 宇宙年齡138億歲是怎樣測算出來的
    常常在網絡上看到一些人指責說,宇宙大爆炸和宇宙年齡都是科學家們隨意想像出來的。因此就有一些民科也海闊天空的臆想建造一個偉大的理論。但事實並非如此。科學界一切的發現和理論,都是經過若干代科學家長期觀測、建模、實驗,並不斷修正得來的。這個世界的一切都有年齡,充分證明了時間的存在和一維向前的性質。宇宙也一樣是有年齡的,而且比我們所知的一切都要老。
  • 地球的年齡是如何計算出來的?兩個令科學家恐懼的物理量。
    目前公認的地球年齡是45.5億年,那麼長的時間跨度是怎麼計算出來的?如果想準確計算出地球的年齡則需要一個速率恆定、量程極大的物理量,兩者缺一不可。在人類歷史上,地球年齡的計算曆程也是一波三折。看來計算地球年齡的計劃陷入了僵局,就連計算的基礎都沒能奠定何來計算之談?鈾的衰變隨著化學元素的研究,化學家發現了有趣的現象:一般多核子結構的原子內部非常不穩定,而為了達到一定的穩定狀態,整個原子核開始持續減少核子,並且這個過程的速率是恆定的,不受溫度、壓強、溼度等所有因素的影響。
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  • 科學家是如何知道地球年齡的?用啥方法計算出來的?
    所謂的地球年齡,指的是地球從原始太陽星雲中不斷積聚物質,形成一顆行星的時候開始計算,一直到今天的全部時間,按照目前科學家們所得出的結論,地球誕生至今的時間一共是45.5億年左右,那麼,地球的年齡科學家們又是如何知道的呢?他們都是通過哪些方法來計算地球年齡的?今天,我們就一起來漲知識!
  • 掌握了這些知識,你也能計算出宇宙的年齡
    從概念上講,確定宇宙的年齡似乎是最簡單的想法。一旦你發現宇宙正在膨脹,你所要做的就是測量今天的膨脹率,並使用物理定律來確定膨脹速率如何隨時間而改變。你不需要向前推斷來決定宇宙的命運,而是向後計算,然後一直向後,直到你達到熱大爆炸環境。
  • 這些年我們是如何計算地球年齡的
    這些年我們是如何計算地球年齡的「地球的年齡是多少?」在400年前的歐洲,愛爾蘭人詹姆斯·烏雪是這個問題的公認權威。有趣的是,他並非是一位科學家,而是一名大主教。因為在科學革命之前,「地球的年齡」問題是與創世神話聯繫在一起的,因此,「地球的年齡是多少?」
  • 地球的年齡該如何正確計算?聽完科學家的解釋恍然大悟!
    在太陽系當中,只有地球這顆星球是運用出來生命的,雖然說地球現在誕生的時間已經被確定是46億年,但是地球的年齡到底是如何計算出來的呢?很多人都知道地球的年紀,但是並不知道地球的年紀到底是怎麼算出來的。相比較於地球的年紀,人類的年紀就變得非常的簡單好算了。
  • 宇宙真實年齡重新計算!前後相差4000萬年
    近日,一項研究表明,現存最古老的光揭示了宇宙的真實年齡!這一束來自大爆炸的遠古光揭示了對宇宙年齡的精確新估計:137.7億年,前後4000萬年。根據智利阿塔卡馬沙漠一系列望遠鏡的數據得出的這一新的估計值也反映了天體物理學中最重要的分歧之一:宇宙膨脹的速度有多快?問題是:物理學家需要了解宇宙的膨脹率,才能理解宇宙學,研究整個宇宙過去、現在和未來的科學。他們知道一種叫做暗能量的神秘物質正在導致宇宙向各個方向膨脹。
  • 930億光年,可觀測宇宙的大小是如何得出來的?
    往往談到宇宙,就離不開討論那些天文數字,動不動以「億」來計算,這會在字面上給人一種不願相信的感覺,總感覺數字是科學家猜出來的,到底是不是猜出來的呢?當然不是了,不僅不是,在計算可觀測宇宙的大小,在計算宇宙的年齡,計算過程是相當嚴謹可靠的,是理論與實際觀測相結合的結果,是科學的。根據目前的科學成果,宇宙的年齡在138.2億歲左右,可觀測宇宙的直徑在920-930億光年左右。在討論宇宙大小是如何被計算出來的之前,先需要明白什麼是可觀測宇宙。
  • 天文學家用阿塔卡馬沙漠望遠鏡計算宇宙的年齡
    宇宙的年齡,這是一個宇宙難題,可以用不同的方法來回答,這取決於你如何測量宇宙的加速膨脹。 最近發表在《宇宙學和天體粒子物理學雜誌》上的一篇論文利用智利國家科學基金會的望遠鏡測量了這種膨脹的速率,稱為哈勃常數。 該團隊發現哈勃常數為:每兆秒42英裡/秒 —— 這意味著每兆秒,即326萬光年,宇宙的膨脹速度就會增加42英裡/秒。