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。
宇宙是我們這個世界最老的存在,因為這個世界的一切,都是有了宇宙之後才生發出來的。所有物質,從看不到的微觀世界基本粒子,到以光年計的巨大天體,都有一個誕生、成長、成熟、衰老、死亡的過程。
我們通過看一個人的皮膚、頭髮、精神狀態等外觀,通過檢查一個人的骨骼狀態和各項生理指標得出這個人的大致年齡;我們可以通過探查元素同位素的半衰期,計算出地球、月亮等天體的年齡。
那麼宇宙這個萬事萬物的源頭,年齡是怎麼測算得出來的呢?
很多朋友已經介紹了各種方法和通過公式演算,解答了這個問題。時空通訊不再重複這些繁瑣的公式,既然號稱專注於老百姓最通俗的科學話題,那就以通俗的語言來解釋這個問題。
實際上,宇宙的年齡也像我們獲知一個人的年齡一樣,通過觀察類比和測算得來的。
所謂觀察類比,就是查找觀察宇宙中年齡最大的天體,這樣就得出了宇宙不少於這個年齡的結論。
人類通過各種方式得出了地球的年齡在45億歲、太陽的年齡在50億歲左右,而且我們太陽系是第二代恆星,因此宇宙年齡將大大大於這個年齡。
2001年,天文學家通過高精度光譜觀測,首次得到了太陽系外天體放射性同位素釷-232和鈾-238的含量比,從而計算出一顆編號CS 31082-001的恆星年齡為125億歲。2007年,天文學家又用同樣方法發現編號為HE 1523-0901的紅巨星年齡為132億歲。
HD 140283被認為是最古老的恆星之一,測得其年齡為139億歲,但有若干億年的誤差,一般認為這顆恆星最少有132億歲。但進一步研究證明,這顆恆星含有一些重元素,這在宇宙形成初期的第一代恆星中不應該存在,因此有理由認為這顆HD 140283是一顆第二代恆星。由此可以認為宇宙比這顆恆星的年齡要老。
這種簡單直觀的證據,證明了宇宙年齡至少在132億年以上。
現代宇宙年齡最重要的測算方法是哈勃紅移測算法。
哈勃紅移,就是光的都卜勒效應。當用望遠鏡觀測遠方的星系時,高速遠離我們的星系發出的光譜會向紅色的一端移動,越快就紅移越大,這樣我們就可以得到這個天體離開我們的速度。相反,如果高速靠近就會向藍色方向移動,叫藍移。
哈勃紅移是上世紀20年代左右由一批科學家發現並證明的,其中最主要的代表就是美國科學家埃德溫·哈勃。他通過對遙遠星系傳過來的光譜分析發現,所有星系都在遠離我們而去,越遠的星系越快,而且在整個宇宙具有各向同性均勻膨脹的性質。
這個發現被科學界公認,愛因斯坦還由此刪除了相對論中的宇宙常數。根據這個理論,推斷出宇宙最早由一個無限小得奇點膨脹開來,而且宇宙一直在膨脹。
這就為宇宙年齡的測算奠定了基礎。根據這個理論,如果我們知道了宇宙膨脹的速度和星系之間的距離,就能夠測算出宇宙的年齡。
歐洲航天局在2013年用普朗克衛星測得的哈勃常數(宇宙膨脹速度)為67.8公裡/秒/百萬秒差距。
就是說在326萬光年遠的地方星系膨脹的速度為67.8公裡每秒。根據這個常數,我們就能夠得到星系之間退行速度(v)和它們之間的距離(d)有一個正比關係,這樣v=哈伯常數*d。
測出了兩個星系間的退行速度和距離,就能夠推算出大爆炸後兩個星系分開所花費的時間,這個時間就是宇宙的年齡。
時空通訊用這種方法簡單計算出宇宙年齡為144億歲,但科學界經過長期的測算和修正,並結合宇宙微波背景輻射的研究,認為精確的宇宙年齡為138.2億歲。
根據這個方法,還能夠測算出宇宙膨脹到現在的可視範圍為半徑465億光年。
但這個數據受到一個前提條件的約束,就是宇宙膨脹的速率是均衡不變的。
如果過去膨脹速度快,現在變得越來越慢,那宇宙真實年齡就更小,反之就越大。現代研究認為,宇宙膨脹有加快的趨勢。
綜上所述,人類對宇宙的觀測和研究還處於初級階段,不管是對銀河系,還是對宇宙的狀況都還只有一個大致的了解。隨著觀測發現研究的深入,很多數據還會不斷的修正,越來越精確。
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