科學家計算出的宇宙年齡和大小,真的準確嗎?

2020-12-12 籠子裡的平田君

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?

實際上,無論是宇宙的年齡還是宇宙的大小,都是科學家經過建立模型而估算出來的,雖然這個結果不斷被修正,但準確度也越來越高!

科學家構建的宇宙模型

宇宙的年齡是如何計算的

在通常演化的宇宙模型裡,宇宙年齡指的是宇宙標度因子為零起到時刻的時間間隔!而我們所熟知的宇宙年齡一般是通過哈勃常數來計算的。

最開始的時候,人們認為宇宙是一成不變,亙古永存的!但哈勃望遠鏡的觀測數據告訴了人們一個事實:銀河系周圍的星系正在遠離銀河系,而且這種現象在整個宇宙中普遍存在!

於是,科學家們推測出了一個事實,那就是我們的宇宙正在膨脹,而在此之前,宇宙至少經歷過一個「暴漲」的階段,這也是宇宙大爆炸理論的重要依據。

「暴漲」的宇宙

基於哈勃望遠鏡觀測到的數據,科學家們發現了一個常數,就是河外星系退行速度同距離的比值,這便是我們經常聽到的哈勃常數,於是便有了下面的公式:

V=HD

其中V是星系遠離地球的速度,而D則是星系退行的距離(也就是目前為止星系距離地球的距離)。其中D可以通過天文望遠鏡觀測而計算出,V可以通過相對論都卜勒效應計算出來,於是我們便可計算出星系用了多久達到了現在的位置,也就是宇宙的年齡,而這個數值剛好是哈勃常數的倒數!

宇宙的年齡

因為哈勃常數的不確定性,所以計算出的宇宙年齡有所差別,大概區間胃130-150億年之間。

事實上,通過宇宙中存在物質的年限也可以計算宇宙的年齡,賓夕法尼亞州立大學的天文學家經過近10年的觀測,於2013年2月公布找到一顆距離地球僅190光年、編號為HD 140283的亞巨星,其測定的年齡高達144.6億歲,但誤差有8億年。

HD 140283的亞巨星

而我們目前所知道的138億年的數據則是歐洲航天局根據2013年3月21日「普朗克」太空探測器傳回的宇宙微波背景輻射全景圖,建立起來的宇宙模型計算出來的。這個時間可以修正帶138.2億年。

宇宙的大小是如何計算的

也許有人認為,愛因斯坦相對論說明了宇宙中最快的速度是光速,任何物質的速度都無法超越光速,而宇宙本身的年齡我們之前也已經提到過了,大約是138億年,那宇宙的大小不就是138億光年嗎?

其實這種說法是錯誤的!

首先宇宙不是靜止的,而是出於不斷膨脹之中,所以並不能簡單地用距離等於速度乘以時間來計算。其次,在宇宙空間中,空間膨脹會使得物體之間有個額外的速度增量,這是時空的固有屬性,和相對論沒有關係。

所以說,我們目前看到的一些星系,它們遠離我們的速度甚至超越了光速,在這種情況下,宇宙的大小顯然不可能是138億年這麼簡單就能得出的。

事實上,宇宙的大小還是要依靠哈勃常數,根據一些列的複雜公式,可以得出宇宙的半徑大概是465億光年,所以說宇宙的大小大約胃930億光年!

宇宙大小計算公式

但這並不是全部,而是人類目前為止能夠觀測到的宇宙大小,而事實上,宇宙很可能比這個數字要大得多。甚至有科學認為,我們觀測的宇宙可能只有真實宇宙的十分之一,也許更少。

宇宙可能比我們觀測到的大得多

無論從時間尺度還是空間尺度上來看,相對於宇宙而言,人類簡直太過渺小!但生命本身就是一個不知來自何方又將去向何處的奇蹟,而人類本身更是時空的偶然!也許這個奇蹟最終可以揭開宇宙存在的奧秘,遺憾的是我們肯定無法看到了!

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