宇宙的寿命是138亿年,这是如何推算出来的?

小白buyiyu


宇宙的寿命会是多少年,这个没人能够知道。但宇宙已经存在了多久,可以估算,目前科学家通过普朗克等卫星对宇宙微波背景辐射的全天空观测,通过数据计算得到宇宙已有年龄约是138亿年。

由于宇宙在大尺度上是均匀的,也就是在几亿光年以上的尺度是均匀和各项同性的,所以一度天文学家们都认为宇宙是一个样子的,称为恒温态宇宙模型,像爱因斯坦也一度认为宇宙是永恒稳定的,从而在广义相对论中加入常数来获得恒温态宇宙模型。

但在1920年以后,人们对宇宙的观测发现,绝对大部分星系的吸收线红移,这意味着星系正在远离我们而去。在1929年,哈勃提出了星系退行速度和距离成比例,这就是哈勃定律。爱因斯坦在和哈勃会面以后,对自己杜撰的这个宇宙常数后悔不已,称是自己所犯的最大错误。

宇宙膨胀的事实是大爆炸理论的重要观测证据,哈勃定律表明星系间相互远离的持续时间是相同的,通过哈勃时间可以计算出宇宙的年龄,所以对宇宙年龄的测定,重点在于对哈勃常数的精确获得。

随着威尔金森,普朗克等巡天卫星的发射,科学家获得宇宙最古老辐射的分布图,可以精确计算哈勃常数。通过普朗克卫星得到的宇宙学参数,计算出的宇宙年龄是138.1亿年。

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量子实验室


首先,不是宇宙的寿命是138亿年,而是宇宙的年龄。至于宇宙年龄是如何得到的,最简单的方法可以通过哈勃常数来计算。

早前的大多数人认为宇宙已经存在了无限长的时间,并且保持稳恒的状态。到了二十世纪初,哈勃的一系列发现彻底改变了人们对宇宙的认识。首先,哈勃发现了河外星系的存在。其次,哈勃还发现宇宙中的星系几乎都在远离银河系,并且远离速度和距离成正比,这就是著名的哈勃定律。

哈勃定律表明,宇宙正在膨胀变大,而非一直处于稳恒态。这意味着过去的宇宙要比现在小得多,宇宙存在一个时间开端,根据哈勃定律可以计算出宇宙的诞生时间:

V=H·D

上式中V表示星系远离银河系的速度,D表示星系与银河系的距离,H表示哈勃常数。

通过测量各种星系的远离速度及其对应距离,可以得到比例系数哈勃常数。不过,哈勃常数难以精确测量出来,不同方法的测定结果有所出入。这里以最近刚刚利用重子声学振荡法测出的哈勃常数为准:67.77±1.30 (km/s)/Mpc。那么,具体如何计算宇宙的年龄呢?

对于一个距离银河系非常遥远的星系,假设它从宇宙诞生之初(星系在很早就已经形成)就以恒定的速度在远离银河系,那么,它的退行速度又可以由下式计算出来:

V=D/t

变化一下形式:

t=D/V

上式中的t可近似认为是宇宙的年龄。然后再把哈勃定律代入上式可得:

t=1/H

也就是说,宇宙年龄等于哈勃常数的倒数。代入哈勃常数67.77 (km/s)/Mpc,可以计算出宇宙的年龄约为144亿年。

利用哈勃常数只能做个大致估算,因为宇宙的膨胀速度并非一直保持相同,过去在减速膨胀,现在加速膨胀,这导致过去的哈勃常数与现在其实是不完全相等的。

为了较为准确地计算出宇宙的年龄,需要使用Λ-冷暗物质(ΛCDM)模型,相应的计算公式如下:

上述参数可由普朗克卫星测定出来,由此可以计算出宇宙的年龄为137.99±0.21亿年。

另外,利用Λ-冷暗物质模型,还能得到可观测宇宙的大小:

通过观测数据结合上述模型,可以计算出可观测宇宙的半径约为28.5 Gpc,即465亿光年。


火星一号


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,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。


时空通讯


爱因斯坦在发布广义相对论后,在利用广义相对论在描绘宇宙时,发现宇宙要不是在膨胀就是在收缩,爱因斯坦为了使方程与人们一直认为的静态宇宙模型相匹配,于是就加入了一个“宇宙常数”。

图:


埃德温·鲍威尔·哈勃

1929年,美国天文学家埃德温·哈勃通过观测河外星系发现,离银河系越远的星系离开我们的速度就越快。也就是说,在遥远的过去这些星系物质可能是紧密的靠在一起的,这个结论直接推导出“宇宙大爆炸模型”。爱因斯坦也因此承认:宇宙常数是他一生中犯的最大的错误。

图:宇宙大爆炸模型

通过进一步的观测发现,这些星系远离我们的速度与离我们的距离是成正比的:


其中v是远离的速率,一般表示为km/s。H0是哈勃常数,D是星系的距离,以百万秒差距为单位。

可以通过观测星系的红移值就可以推算出它远离地球的速度,就能根据这个速度推导出哈勃常数,然后根据哈勃常数以及减速参数等推导出宇宙的过去和未来可能的命运。



由于哈勃常数是一个观测值,它的值受观测精度和观测到的数据量的影响。随着人类观测手段的进步,这个值会越来越精准。

根据哈勃太空望远镜的观测,推算出宇宙目前的年龄为137.98 ± 0.37亿年。


讲科学堂


〇依据哈勃定律,通过人类目前观测技术探测到的空间范围及获得的数据,而建立起来的大爆炸理论推定:现今人们所能观测到的不断膨胀的“天体物能总和”,诞生于138.2亿年前(最新数字)。哈勃常数是一个观测值,受观测精度和观测数据量的影响。人类观测手段的不断进步,这个数值将更加精确(此前的测算为137亿年前)。

〇人类的历史只有几十万年,文明史不过数千年。以目前人类的观测能力及认知水准,就对宇宙的产生动因及时间空间范围,作出最终“结论”显然是不适宜的,也是不可能的。宇宙是无止境的,人类的认知也是无止境的。

〇对于人类目前所观察到的“天体物能总和”应定义为“大爆炸云”。它仅是宇宙的一部分,而不是宇宙的全部及终极,反映的是人类目前对宇宙的观测范围及认知水准。

〇大爆炸理论尚停留在“科学假说”阶段,尚不是严谨的、可验证的、真正的科学理论。科学不仅是解释“是什么”的问题,更重要的是解决“为什么”的问题。大爆炸理论要成为人们信服的、真正的科学理论,必须要向它问为什么?

〇奇点究竟是什么?是什么引发了奇点大爆炸?奇点之前是什么?奇点之外有什么?奇点遵循什么规律?奇点真的是天体物能爆炸的起始点吗?目前人类观察到的最大空间范围为960亿光年(大爆炸云空间范围)。“大爆炸云”究竟有多大”?“大爆炸云”之外有什么?这些都是人类未来宇宙学要解释或回答的问题。

下图人头像为美国天文学家埃德温.哈勃。



赵凡丁201



在宇宙膨胀被埃德温.哈勃发现之前科学家们一直以为宇宙是静态的,甚至连爱因斯坦也在理论中加入了宇宙常数的概念来维持宇宙的静态模型,当时人们普遍没有想到宇宙会有一个开端。

1929年美国天文学家埃德温.哈勃用当时最大的威尔逊山望远镜观测宇宙,当他分析观测星系光谱时却发现大部分星系都在离我们远去,也就是说宇宙空间整体处于膨胀之中,哈勃还根据星系退行的速度得到了哈勃常数,从而计算出了宇宙的年龄。



宇宙的年龄其实很好理解,因为宇宙膨胀是存在一个速度的,而星系退行的同时也就产生了距离,当这个速度被精确测定出来的时候,简单的计算就能得出宇宙的年龄,早期由于观测手段的限制,人们计算出的宇宙年龄一度逼近200亿年,后来技术的发展让科学家获得了越来越精确的哈勃常数,现在位置宇宙的年龄是138.2亿年。

未来随着观测手段的进一步提升,宇宙的年龄也会进一步的精确,而人类在认识宇宙的过程中也意识到宇宙不但有个开始,而且还会有一个结束。

现在我们知道宇宙由于暗能量的原因在加速膨胀,但这种膨胀如果无休止的进行下去,我们的宇宙物质密度就会越来越低,慢慢的宇宙中的所有原子都会被撕裂,科学家们把这种宇宙结局成为大撕裂。


宇宙探索未解之迷


简单的说,知道宇宙的年龄就是靠理论加上实际的观测结果。1929年,天文学家哈勃发现了河外星系在远离我们,且距离的越远远离的速度就越快,并给出了速度与距离的比值,符号是K,后来改为哈勃常数,符号是H。

哈勃常数的大小就代表着宇宙膨胀的快慢,另外,大爆炸宇宙模型已经建立,科学家知道宇宙最初是炽热的、密度温度极高的纯能量,之后进入到了核合成阶段,直到大爆炸30万年后,宇宙中的第一批原子才开始诞生,而直到大爆炸后的38万年,宇宙才有了第一缕光线,这个光线一直保留到现在就是现在观测到的宇宙微波背景辐射,它反映着婴儿时期的宇宙的图景。

为了绘制更加精确的宇宙微波背景辐射图,科学家发射了数个探测卫星,直到2013年,根据各个卫星的观测数据,欧空局发布了迄今为止最为精确的宇宙微波背景辐射图:

结合之前已有的理论,以及修正过的哈勃常数,最为精确的宇宙年龄出炉了,这些数据套入下面的公式中,宇宙的年龄就是138.2亿岁。

其中,z是红移值,H是哈勃常数,以及其它的一些宇宙参数。

个人浅见,欢迎评论!


科幻船坞


所谓宇宙的年龄和大小都只是人们基于目前认识的推测。因为哈勃望远镜发现所有天体都在远离我们,星体的距离可以通过各种手段测出来,这个远离的速度可以根据哈勃红移算出来。人们就据此推算这些星体都是由一个奇点膨胀而来,并且根据这个距离和速度可以算出从奇点膨胀到现在所需要的时间。但是这里有一个前提,那就是宇宙是均匀膨胀的,始终以这个速度膨胀的,否则用现在的膨胀速度和距离推测经历时间就没有意义了。毕竟我们对于宇宙的观测才仅仅几十年,而宇宙却至少一百多亿年历史。然而这个前提却是有问题的,也许宇宙膨胀的速度是逐渐减少的,那么宇宙的年龄就明显低估了。也许宇宙膨胀速度是逐渐增大的,那么宇宙年龄就是明显高估了。也许宇宙现在在膨胀,过一段时间就要收缩,一直在膨胀收缩中循环,那么用这种方法计算宇宙年龄就是完全错误的。也许在我们这一片星宇空间在膨胀,其他地方空间却是在收缩。

在一个学校的大操场上,许多孩子们在玩各种游戏。有的孩子在玩捉迷藏,有的在玩赛跑,有的在玩丢手绢。有这么一群孩子所在玩点炮仗,一个孩子在人群中小心地点炮焾,其余孩子围着他看。突然炮仗点着立刻炸响了,孩子们四散而逃。整个过程也就十几秒的时间,但是对于这个空间的一个微观文明来说,它们的时间感觉中,却是几十亿年的时间。它们的文明也仅仅存在了几十万年时间,对于空间的观测也就几十年的时间。这几十年的观测中,它们发现它们周围的巨大存在无一不在远离它们。于是它们得出结论,它们生存的这个宇宙在不断膨胀,而且还根据孩子们奔跑速度,算出了宇宙诞生的时间。


多维观世界


这得问科学家


银实私房菜


哪是神马推算。

就是一个臆断。

精细结构常数。

约等于137。

也有说137亿年的。

137再加点不就是138嘛。

它表示电子运动速度和光速的比值。

所谓的物理学大伽。

就这么样的神。

唯心主义横行。

由此可见——

现代物理学前景暗淡。

原因之所在……

可悲可叹。

可歌可泣。


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