11.27 宇宙的年齡是138億年,這是如何推算出來的?答案顛覆三觀

其實一直以來,很多人都認為認為宇宙是永恆的,從古至今都是一個樣,沒有什麼太大的改變。牛頓就曾經這麼認為過,所以,當他提出萬有引力定律時就非常糾結,糾結的原因其實也很簡單。

宇宙的年齡是138億年,這是如何推算出來的?答案顛覆三觀

如果宇宙是永恆的,而萬物之間又能夠體現出引力來,那宇宙最終應該會在引力的作用聚合到一個點上,而不是現在這個樣子。而這就和他的萬有引力定律是相互矛盾。

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在當時,宇宙是永恆的是一種古老的宇宙觀,萬有引力定律則是經受了千般考驗的理論,兩個都不應該被輕易否定。於是,牛頓想到了一個調和的辦法,他認為宇宙是宇宙是無限大的,這樣的話,宇宙就處處是中心,這樣宇宙中的每一處的引力都是平衡的,這樣就不會向中心擠壓了。

同樣深受這個觀念毒害的還有另一位和牛頓一樣偉大的科學家愛因斯坦。1915年,愛因斯坦提出他的廣義相對論,在廣義相對論當中有個引力場方程。

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愛因斯坦就發現這個方程預示著我們所處的宇宙是一個膨脹的宇宙,這和愛因斯坦信奉的永恆宇宙是相互矛盾。於是,愛因斯坦就在這個方程中加了一個宇宙學常數。

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宇宙真的在膨脹

但是愛因斯坦很快就被打臉了,當時有個著名的天文學家叫做哈勃。

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他當時正在觀測銀河系外其他星系時,就發現這些星系大多數都發生了紅移的現象。那什麼是紅移呢?

說白了,就是我們在接收到這個天體發出來的電磁波時,就發現這個電磁波被拉長了。這就意味著,這些星系正在遠離我們。

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於是,哈勃基於這個發現,提出了著名的哈勃定律,不過現在這個名字更名為哈勃-勒梅特定律,至於為什麼,我們稍後會說到。哈勃-勒梅特定律其實描述的就一個很簡單的事情:遙遠星系的退行速度與它們和地球的距離成正比。

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你可能要問了,這個代表了什麼意思呢?

其實哈勃一開始也沒有給出解釋,或者我們可以說他不願意給出具體的解釋。而最早給出這方面詮釋的人就是勒梅特。

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實際上,勒梅特是早於哈勃發表前,就基於愛因斯坦的廣義相對論方程推導出宇宙在膨脹的結果。不僅如此,勒梅特甚至還重新把宇宙學常數進行的定義,他提出可以利用宇宙學常數來描述宇宙的膨脹的情況。這裡我們簡單解釋一下宇宙膨脹。實際上,宇宙是各個地方整體在膨脹,而不是邊界在膨脹。具體要咋理解呢?

我們可以想象一下有個氣球,你在上面點滿上小點代表“星系”,那宇宙的膨脹就是吹大這個氣球,所以,就會出現哈勃觀測到的那種結果,大多數星系在遠離我們。

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某種程度上,哈勃的發現是印證了勒梅特的觀點。後來,需要科學家加入到了研究的隊伍當中,比如:弗裡德曼,伽莫夫等等。他們把這個理論進行了細緻的完善,最終就成為了我們熟悉的大爆炸模型。

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宇宙年齡

宇宙年齡是如何來的呢?其實,你可以思考一下,如果宇宙起源於一場大爆炸,在大爆炸之後開始膨脹,那宇宙的年齡就和宇宙的膨脹速率有關,而描述宇宙膨脹的速度其實和哈勃常數有關。如果我們要粗略的估算宇宙的年齡,方法其實很簡單,就是直接把哈勃常數去取倒數。

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實際上,科學家在推算宇宙年齡還要考慮很多因素,主要和宇宙中不同組成成分在總能量中所佔的比例有關,要用到弗裡德曼方程,這裡就不贅述了。總而言之,想要推算出來,其實還差一個核心問題,那就是獲取準確的哈勃常數。

而要獲取到這些數據,其實要基於對宇宙微波背景輻射的觀測。宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸時的餘熱,在宇宙大爆炸之後38萬年開始在宇宙傳播開來,是遍佈全天的背景輻射。

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當我們能夠探測到的宇宙微波背景輻射越是精確,我們能夠得到的宇宙年齡就越準。目前,根據美國航天局的威爾金森微波各向異性探測器得到最新數據,我們可以得到宇宙的年齡是:137~138億年之間。具體的數字幾乎每年都在更新,總體上就在137億年接近於138億年的區間當中。

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