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。從字面上來看,可觀測宇宙就是可以觀測的宇宙,舉個例子,人懸在高處,向四面八方、上下左右看去,所能看到的極限範圍必然是一個三維的球體,這個三維的球體就是人的可觀測範圍,說到這裡,大家應該明白可觀測宇宙是什麼意思了吧,可觀測宇宙就是人在地球上藉助於望遠鏡向四周看去,所能看到的極限範圍,這樣的三維球體就是可觀測宇宙。
簡單來說,就是地球為中心,以465億光年為半徑畫一個圓球,這個就是可觀測宇宙了。「以地球為中心」,這句話大家不要誤會,僅在可觀測宇宙中適用。在真實宇宙中,宇宙是去中心的,是沒有中心的。
講完了可觀測宇宙,再說大小。我們知道,宇宙自誕生伊始就處在不停地膨脹過程中,且膨脹的速率有快有慢,過去快現在慢。想要知道宇宙的大小,需要知道兩個:宇宙的年齡以及膨脹的快慢。
宇宙的年齡。
知道宇宙的年齡,最簡單直接的辦法,就是找最古老的恆星。幸運的是科學家找到了目前為止所發現的最古老的恆星——HD140283,它的年齡約為132億歲,由於恆星的誕生日期被認為是宇宙大爆炸之後的第5億年左右,所以很直觀的數字計算表明,宇宙的年齡肯定要大於137億歲。後來,科學家根據普朗克衛星的觀測數據計算出來了哈勃常數,代入了Λ-冷暗物質(ΛCDM)模型,之後求得了宇宙的年齡在137.99±0.21億歲,這與之前的觀測數據相差不大,於是138.2億歲就出爐了。
哈勃常數是什麼呢?
上世紀二十年代,美國天文學家哈勃發現了宇宙正在膨脹,距離地球較遠的星系都在遠離地球,離得越遠,遠離的速度就越快,距離與遠離速度之間大致恆定的比例就是哈勃常數。
知道了宇宙的年齡以及更為精確的哈勃常數,那麼可觀測宇宙的大小就很容易代入數學模型就計算出來了,即半徑為465億光年,直徑930億光年。
實際上,其中詳細的計算過程與需要的數據遠遠比我敘述的要複雜得多,晦澀難懂的公式讓人頭皮發麻,下面的公式就是Λ-冷暗物質(ΛCDM)模型了。
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