常常在网络上看到一些人指责说,宇宙大爆炸和宇宙年龄都是科学家们随意想象出来的。因此就有一些民科也海阔天空的臆想建造一个伟大的理论。但事实并非如此。科学界一切的发现和理论,都是经过若干代科学家长期观测、建模、实验,并不断修正得来的。

这个世界的一切都有年龄,充分证明了时间的存在和一维向前的性质。宇宙也一样是有年龄的,而且比我们所知的一切都要老。

宇宙是我们这个世界最老的存在,因为这个世界的一切,都是有了宇宙之后才生发出来的。所有物质,从看不到的微观世界基本粒子,到以光年计的巨大天体,都有一个诞生、成长、成熟、衰老、死亡的过程。

我们通过看一个人的皮肤、头发、精神状态等外观,通过检查一个人的骨骼状态和各项生理指标得出这个人的大致年龄;我们可以通过探查元素同位素的半衰期,计算出地球、月亮等天体的年龄。

那么宇宙这个万事万物的源头,年龄是怎么测算得出来的呢?

很多朋友已经介绍了各种方法和通过公式演算,解答了这个问题。时空通讯不再重复这些繁琐的公式,既然号称专注于老百姓最通俗的科学话题,那就以通俗的语言来解释这个问题。

实际上,宇宙的年龄也像我们获知一个人的年龄一样,通过观察类比和测算得来的。

所谓观察类比,就是查找观察宇宙中年龄最大的天体,这样就得出了宇宙不少于这个年龄的结论。

人类通过各种方式得出了地球的年龄在45亿岁、太阳的年龄在50亿岁左右,而且我们太阳系是第二代恒星,因此宇宙年龄将大大大于这个年龄。

2001年,天文学家通过高精度光谱观测,首次得到了太阳系外天体放射性同位素钍-232和铀-238的含量比,从而计算出一颗编号CS 31082-001的恒星年龄为125亿岁。2007年,天文学家又用同样方法发现编号为HE 1523-0901的红巨星年龄为132亿岁。

HD 140283被认为是最古老的恒星之一,测得其年龄为139亿岁,但有若干亿年的误差,一般认为这颗恒星最少有132亿岁。但进一步研究证明,这颗恒星含有一些重元素,这在宇宙形成初期的第一代恒星中不应该存在,因此有理由认为这颗HD 140283是一颗第二代恒星。由此可以认为宇宙比这颗恒星的年龄要老。

这种简单直观的证据,证明了宇宙年龄至少在132亿年以上。

现代宇宙年龄最重要的测算方法是哈勃红移测算法。

哈勃红移,就是光的多普勒效应。当用望远镜观测远方的星系时,高速远离我们的星系发出的光谱会向红色的一端移动,越快就红移越大,这样我们就可以得到这个天体离开我们的速度。相反,如果高速靠近就会向蓝色方向移动,叫蓝移。

哈勃红移是上世纪20年代左右由一批科学家发现并证明的,其中最主要的代表就是美国科学家埃德温·哈勃。他通过对遥远星系传过来的光谱分析发现,所有星系都在远离我们而去,越远的星系越快,而且在整个宇宙具有各向同性均匀膨胀的性质。

这个发现被科学界公认,爱因斯坦还由此删除了相对论中的宇宙常数。根据这个理论,推断出宇宙最早由一个无限小得奇点膨胀开来,而且宇宙一直在膨胀。

这就为宇宙年龄的测算奠定了基础。根据这个理论,如果我们知道了宇宙膨胀的速度和星系之间的距离,就能够测算出宇宙的年龄。

欧洲航天局在2013年用普朗克卫星测得的哈勃常数(宇宙膨胀速度)为67.8公里/秒/百万秒差距。

就是说在326万光年远的地方星系膨胀的速度为67.8公里每秒。根据这个常数,我们就能够得到星系之间退行速度(v)和它们之间的距离(d)有一个正比关系,这样v=哈伯常数*d。

测出了两个星系间的退行速度和距离,就能够推算出大爆炸后两个星系分开所花费的时间,这个时间就是宇宙的年龄。

时空通讯用这种方法简单计算出宇宙年龄为144亿岁,但科学界经过长期的测算和修正,并结合宇宙微波背景辐射的研究,认为精确的宇宙年龄为138.2亿岁。

根据这个方法,还能够测算出宇宙膨胀到现在的可视范围为半径465亿光年。

但这个数据受到一个前提条件的约束,就是宇宙膨胀的速率是均衡不变的。

如果过去膨胀速度快,现在变得越来越慢,那宇宙真实年龄就更小,反之就越大。现代研究认为,宇宙膨胀有加快的趋势。

综上所述,人类对宇宙的观测和研究还处于初级阶段,不管是对银河系,还是对宇宙的状况都还只有一个大致的了解。随着观测发现研究的深入,很多数据还会不断的修正,越来越精确。

时空通讯专注于老百姓通俗的科学话题,欢迎大家都来参与讨论。

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