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宇宙年龄

发布时间:2020-06-09
1 宇宙年龄的的确定:为什么随时会修改?
宇宙
宇宙年龄

通过研究星系在宇宙中的扩散速度和可见物质的平均密度(以及引力对星系扩散的减速作用),我们能够计算这些星系形成的时间,这能让我们初步估测宇宙的年龄。然而,从很久以前的空间观察来看(通过研究深空,我们能够看到很久以前的太空是什么样子的;由于光速有限,即使是非常久远的宇宙活动,在今天也能够被研究)。研究表明,宇宙至少经历了一个“暴胀”阶段,此时引力似乎加速了星系的扩散,而非减缓。

宇宙中最古老的物质也必定比宇宙本身年轻。以球状星团为例,它在年龄上显示出较低波段。众所周知,宇宙正在膨胀。一个关键的参数是标度因子a(t),它表明了宇宙的膨胀率,也让估测宇宙的年龄成为可能。

哈勃常数h = (da/dt)/a给出了膨胀率的粗略计算方式,这意味着我们初步估测的宇宙年龄是与哈勃参数有关的时标,即宇宙的年龄为h^-1 = 9.77 h^-1 x 10^9 (基于h的不确定性,0.55 < h < 0.75),这就是哈勃时间。

通过求解a(t)的弗里德曼方程能够得到更好的理论估测。弗里德曼方程考虑到太空物质和太空的几何原理,能显示出a(t)的演化过程。另一种估测方法(基于弗里德曼方程)则是从尘埃主导宇宙的角度来看,无需考虑宇宙常数或几何学,以这种方式计算出的宇宙年龄仅是前一种计算结果的2/3,因此宇宙比最初估计的要年轻。

唯一确定年龄的方法就是通过观测宇宙学来获得精确的膨胀参数和哈勃参数值。这一过程中的另一个不利因素就是非零宇宙常数的可能性。事实上,最近的一些研究表明,宇宙现在正处于暴胀阶段。但如果只求一个粗略的数字,宇宙的年龄大概是10^-9岁,但这一数字随时都有可能被修改。

宇宙的年龄可以通过对哈勃常数以及所含成分的密度参数的测量决定。在暗能量概念提出之前,人们普遍认为宇宙是物质主导的,因而此图中密度参数 omega 近似为 omega _{m}。注意到一个加速膨胀的宇宙具有最长的年龄,而具有大挤压的宇宙具有最短的年龄。

宇宙

宇宙是所有时间、空间与其包含的内容物所构成的统一体;它包含了行星、恒星、星系、星系际空间、次原子粒子以及所有的物质与能量。整个宇宙的大小可能为无限大,目前人类可观测到的宇宙,其距离大约为93 × 10^9(930亿)光年。在各种多重宇宙的假说中,一个宇宙是更大的多重宇宙中互不相关的组成部分之一,而多重宇宙本身包含了所有时间、空间及其所有物质。

最早的宇宙科学模型是由古希腊哲学家和印度哲学家所提出的地心说,他们将地球置于宇宙的中心。数世纪以来,逐渐精确的天文观察,引领尼古拉斯·哥白尼提出以太阳系为主的日心说,以及经约翰内斯·开普勒改良的椭圆轨道模型,最终艾萨克·牛顿的重力定律解释了前述的理论。

宇宙中每一圆盘都是一个又一个的“星系”


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2 未知的宇宙年龄有多大?
宇宙
宇宙年龄

宇宙的年龄到底有多大,至今尚未确定,通常确定宇宙年龄的方法有两种:一种是根据球状星团的年龄来进行推断,一般认为球状星团是十分古老的星体的集合,他们是在宇宙诞生后不久产生的天体,如果知道了球状星团的年龄,就等于了解了宇宙年龄的认知标准,根据推算最古老的球状星云的年龄约为一百一十五亿年;第二种方法是利用哈勃常数进行推算。

目前的科学认为,宇宙在大爆炸的驱使下,现在还在不断的膨胀,根据美国天体物理学家爱德华哈勃的观测星系以更快的速度远离我们,而银河系远离我们的速度及退行速度与到银河系的距离大致成正比,这种比例常数称之为哈勃常数。知道了哈勃常数我们就可推算出宇宙发展到现在的样子所需要的时间,也就是宇宙的年龄。根据测定的哈勃常数推断出的宇宙年龄约为九十亿年。实际上用于测定哈勃常数的天体并非只是造父变星,也可利用超新星和行星状星云和内心体等。

一九九八年十二月,日本宇宙研究所和澳大利亚联合研究小组宣布了他们根据地球到pks1830-211类星体的距离,和退行速度测定的哈勃常数推算出的宇宙年龄。一九九八年九月,日本国家天文台的研究人员宣布:“球状星团的年龄为一百五十亿年,还有人采用一种与哈勃常数无关的测定方法,测得的宇宙年龄为二百四十亿年。

最近,德国的科学家测定出宇宙年龄为三百四十亿年,我们现在的宇宙由于大爆炸的趋势还在不断的膨胀,以美国科学家为主的观测小组一直在研究宇宙膨胀速度究竟有多大的比例在降低,这一观测小组把遥远的古超新星的退行速度与较近的新的超新星的退行速度相比较后发现,宇宙的膨胀速度正在不断加快,若追溯的过去,假如说宇宙膨胀速度变慢,那么宇宙达到如今这么大所需的时间比用哈勃常熟来推断出的宇宙膨胀时间要长,而宇宙膨胀还在加快的问题与宇宙年龄是息息相关的,这就对测算宇宙年龄带来更多复杂的影响因素。

总之,运用不同的测定方法测出来的宇宙年龄都不一样,而且相差非常远,由于宇宙是怎样产生又是怎样氧化的问题至今也没有一个正确的解释。宇宙的年龄到底是多少,是九十亿年、一百一十五亿年还是另有说法呢,围绕着宇宙年龄问题争论还未得出结论,总之运用不同的测定方法测出来的宇宙年龄都不一样,而且相差非常远。

由于宇宙是怎样产生,又是怎样演化的问题至今也没有一个正确的解释,宇宙的年龄到底是多少?十九时一年一百一十五年?一百五十一年还是另有说法呢?围绕着宇宙年龄问题的争论还未得出结论。


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