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宇宙年齡的的確定:為什么隨時會修改?
通過研究星系在宇宙中的擴(kuò)散速度和可見物質(zhì)的平均密度(以及引力對星系擴(kuò)散的減速作用),我們能夠計算這些星系形成的時間,這能讓我們初步估測宇宙的年齡。然而,從很久以前的空間觀察來看(通過研究深空,我們能夠看到很久以前的太空是什么樣子的;由于光速有限,即使是非常久遠(yuǎn)的宇宙活動,在今天也能夠被研究)。研究表明,宇宙至少經(jīng)歷了一個“暴脹”階段,此時引力似乎加速了星系的擴(kuò)散,而非減緩。
宇宙中最古老的物質(zhì)也必定比宇宙本身年輕。以球狀星團(tuán)為例,它在年齡上顯示出較低波段。眾所周知,宇宙正在膨脹。一個關(guān)鍵的參數(shù)是標(biāo)度因子a(t),它表明了宇宙的膨脹率,也讓估測宇宙的年齡成為可能。
哈勃常數(shù)h = (da/dt)/a給出了膨脹率的粗略計算方式,這意味著我們初步估測的宇宙年齡是與哈勃參數(shù)有關(guān)的時標(biāo),即宇宙的年齡為h^-1 = 9.77 h^-1 x 10^9 (基于h的不確定性,0.55 < h < 0.75),這就是哈勃時間。
通過求解a(t)的弗里德曼方程能夠得到更好的理論估測。弗里德曼方程考慮到太空物質(zhì)和太空的幾何原理,能顯示出a(t)的演化過程。另一種估測方法(基于弗里德曼方程)則是從塵埃主導(dǎo)宇宙的角度來看,無需考慮宇宙常數(shù)或幾何學(xué),以這種方式計算出的宇宙年齡僅是前一種計算結(jié)果的2/3,因此宇宙比最初估計的要年輕。
唯一確定年齡的方法就是通過觀測宇宙學(xué)來獲得精確的膨脹參數(shù)和哈勃參數(shù)值。這一過程中的另一個不利因素就是非零宇宙常數(shù)的可能性。事實上,最近的一些研究表明,宇宙現(xiàn)在正處于暴脹階段。但如果只求一個粗略的數(shù)字,宇宙的年齡大概是10^-9歲,但這一數(shù)字隨時都有可能被修改。
宇宙的年齡可以通過對哈勃常數(shù)以及所含成分的密度參數(shù)的測量決定。在暗能量概念提出之前,人們普遍認(rèn)為宇宙是物質(zhì)主導(dǎo)的,因而此圖中密度參數(shù) omega 近似為 omega _{m}。注意到一個加速膨脹的宇宙具有最長的年齡,而具有大擠壓的宇宙具有最短的年齡。
宇宙
宇宙是所有時間、空間與其包含的內(nèi)容物所構(gòu)成的統(tǒng)一體;它包含了行星、恒星、星系、星系際空間、次原子粒子以及所有的物質(zhì)與能量。整個宇宙的大小可能為無限大,目前人類可觀測到的宇宙,其距離大約為93 × 10^9(930億)光年。在各種多重宇宙的假說中,一個宇宙是更大的多重宇宙中互不相關(guān)的組成部分之一,而多重宇宙本身包含了所有時間、空間及其所有物質(zhì)。
最早的宇宙科學(xué)模型是由古希臘哲學(xué)家和印度哲學(xué)家所提出的地心說,他們將地球置于宇宙的中心。數(shù)世紀(jì)以來,逐漸精確的天文觀察,引領(lǐng)尼古拉斯·哥白尼提出以太陽系為主的日心說,以及經(jīng)約翰內(nèi)斯·開普勒改良的橢圓軌道模型,最終艾薩克·牛頓的重力定律解釋了前述的理論。
宇宙中每一圓盤都是一個又一個的“星系”
未知的宇宙年齡有多大?
宇宙的年齡到底有多大,至今尚未確定,通常確定宇宙年齡的方法有兩種:一種是根據(jù)球狀星團(tuán)的年齡來進(jìn)行推斷,一般認(rèn)為球狀星團(tuán)是十分古老的星體的集合,他們是在宇宙誕生后不久產(chǎn)生的天體,如果知道了球狀星團(tuán)的年齡,就等于了解了宇宙年齡的認(rèn)知標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)推算最古老的球狀星云的年齡約為一百一十五億年;第二種方法是利用哈勃常數(shù)進(jìn)行推算。
目前的科學(xué)認(rèn)為,宇宙在大爆炸的驅(qū)使下,現(xiàn)在還在不斷的膨脹,根據(jù)美國天體物理學(xué)家愛德華哈勃的觀測星系以更快的速度遠(yuǎn)離我們,而銀河系遠(yuǎn)離我們的速度及退行速度與到銀河系的距離大致成正比,這種比例常數(shù)稱之為哈勃常數(shù)。知道了哈勃常數(shù)我們就可推算出宇宙發(fā)展到現(xiàn)在的樣子所需要的時間,也就是宇宙的年齡。根據(jù)測定的哈勃常數(shù)推斷出的宇宙年齡約為九十億年。實際上用于測定哈勃常數(shù)的天體并非只是造父變星,也可利用超新星和行星狀星云和內(nèi)心體等。
一九九八年十二月,日本宇宙研究所和澳大利亞聯(lián)合研究小組宣布了他們根據(jù)地球到pks1830-211類星體的距離,和退行速度測定的哈勃常數(shù)推算出的宇宙年齡。一九九八年九月,日本國家天文臺的研究人員宣布:“球狀星團(tuán)的年齡為一百五十億年,還有人采用一種與哈勃常數(shù)無關(guān)的測定方法,測得的宇宙年齡為二百四十億年。
最近,德國的科學(xué)家測定出宇宙年齡為三百四十億年,我們現(xiàn)在的宇宙由于大爆炸的趨勢還在不斷的膨脹,以美國科學(xué)家為主的觀測小組一直在研究宇宙膨脹速度究竟有多大的比例在降低,這一觀測小組把遙遠(yuǎn)的古超新星的退行速度與較近的新的超新星的退行速度相比較后發(fā)現(xiàn),宇宙的膨脹速度正在不斷加快,若追溯的過去,假如說宇宙膨脹速度變慢,那么宇宙達(dá)到如今這么大所需的時間比用哈勃常熟來推斷出的宇宙膨脹時間要長,而宇宙膨脹還在加快的問題與宇宙年齡是息息相關(guān)的,這就對測算宇宙年齡帶來更多復(fù)雜的影響因素。
總之,運用不同的測定方法測出來的宇宙年齡都不一樣,而且相差非常遠(yuǎn),由于宇宙是怎樣產(chǎn)生又是怎樣氧化的問題至今也沒有一個正確的解釋。宇宙的年齡到底是多少,是九十億年、一百一十五億年還是另有說法呢,圍繞著宇宙年齡問題爭論還未得出結(jié)論,總之運用不同的測定方法測出來的宇宙年齡都不一樣,而且相差非常遠(yuǎn)。
由于宇宙是怎樣產(chǎn)生,又是怎樣演化的問題至今也沒有一個正確的解釋,宇宙的年齡到底是多少?十九時一年一百一十五年?一百五十一年還是另有說法呢?圍繞著宇宙年齡問題的爭論還未得出結(jié)論。