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宇宙年龄

宇宙年龄(universe,age of)宇宙从某个特定时刻到现在的时间间隔。对于某些宇宙模型,如牛顿宇宙模型、等级模型、稳恒态模型等,宇宙年龄没有意义。

在通常演化的宇宙模型里,宇宙年龄指宇宙标度因子为零起到时刻的时间间隔。通常,哈勃年龄是宇宙年龄的上限,可以作为宇宙年龄的某种度量。根据大爆炸宇宙模型推算,宇宙年龄大约138.2亿年!

反映宇宙膨胀率的哈勃常数也被修正至67.15公里/(秒百万秒差距),即一个星系与地球的距离每增加一百万秒差距(一秒差距约为3.26光年)。

欧洲航天局2013年3月21日公布了"普朗克"太空探测器传回的宇宙微波背景辐射全景图,近乎完美地验证了宇宙学标准模型,并且把宇宙的精确年龄修正为138.2亿岁。

类星体是宇宙中一类体积相对较小,但能量巨大的天体。该类天体在一般光学观测中类似恒星,但在分光观测中,它的谱线具有很大的红移,与恒星并不相同,因此被称为类星体。中国学家蔡星宇曾推测说宇宙至少有100亿岁。

宇宙始于何时?将止于何时?这是宇宙留给人类最为神秘,也最难解释的谜题。虽然宇宙大爆炸说已经深入人心,人们已经默认了宇宙诞生于近140亿年前的一次大爆炸中,宇宙万物、星系、地球、生命都是在大爆炸之后逐渐形成的。然而,在这个理论出世之后,很多人也提出了另外一个问题:在宇宙大爆炸之前发生了什么?5月5日《科学》杂志上发表的一篇研究论文称解答了这个让科学家们为之争论不休的谜题。美国普林斯顿大学的波尔施泰恩加德和英国剑桥大学的尼尔图尔克这两名理论物理学家在这篇论文里共同提出了一个理论,即宇宙大爆炸发生了不止一次,宇宙一直经历着"生死轮回"的过程,而人们所认为的140亿年前的宇宙大爆炸并非宇宙诞生的绝对起点,那只是宇宙的一次新生。

谁让宇宙加速膨胀让科学家们注意到宇宙大爆炸不仅只有一次的是被科学家抛弃后又重新拾起的"宇宙常量"。所谓宇宙常量,是对真空中的能量的数学表述,并用希腊字母的第11个字母"拉姆达"表示,这种能量也被认为是神秘的"暗能量",而这种神秘能量正在让宇宙不断加速膨胀。

美国太空网5月8日对英美科学家这一研究的报道中称,当初爱因斯坦首次提出宇宙常量时,是想证明在宇宙间存在一种能量抗衡着星体间的重力作用,使得各星体不会因为相互的吸引而合到一起,最终让整个宇宙的物质都融合成一体,因此他也想证明宇宙是静止的,没有生长也没有萎缩。但没过多久,爱因斯坦就抛弃了这个理论,他称自己犯下了一生"最大的错误"。因为经他自己的广义相对论公式的计算,宇宙正在膨胀,而天文学家埃德温-哈勃经过观察也证实了宇宙确实在膨胀。

20世纪90年代末期,"拉姆达"被科学家们重新拾起,这时一些天文学家发现宇宙不仅仅在膨胀,而且速度正在加快,科学家们不知道是什么样的神秘力量导致了这一结果,于是"暗能量"这个词便产生了。并且科学家们认为"暗能量"就是宇宙常量"拉姆达",在宇宙大爆炸后"拉姆达"没有和重力"平分天下",保持宇宙的平衡。而是从重力手中夺权,使星体间越来越远,宇宙不断膨胀。

宇宙常量该有多大,这是宇宙大爆炸发生次数的关键。美英科学家波尔施泰恩加德和尼尔图尔克就是在对宇宙常量的大小计算中发现了宇宙大爆炸不应该只发生了一次。

科学界一直都试图解释的一个问题是为什么自然界中的那么多常量的值都是那么正好,刚好让生命存在。如果"拉姆达"太大,那么宇宙就会在大爆炸后立刻迅速膨胀并撑破,就像吹爆的气球,那么生命就不可能在百亿年后存在了。波尔教授在接受太空网的采访中说:"'拉姆达'的值是物理学中最神秘的事物之一。它让我们非常的迷惑。"甚至科学界出现了"人择原理",即宇宙常量恰当地选择了人类生存,而人类也恰好选择了在这样一个常量条件下出现,而人类又回头研究着为什么宇宙常量大小会刚好让人类生存。这听起来确实不可思议,尼尔教授称:"这简直太糟了,真的该被抛弃了。这个理论就是想说明人类永远不会了解宇宙的奥秘,这就是我们的生存之道。"

为了找到"人择原理"之外合理的解释,两位科学家利用宇宙大爆炸模型计算宇宙常量,但得到的结果要比实际观测到的宇宙常量大得多,是实际值的10的100次方倍,也就是根本不适合宇宙中的生命生存。宇宙常量的大小说到底还关系到人类的生存。因此波尔教授和尼尔教授认为在宇宙大爆炸后宇宙常量(也就是"暗能量")都会随着时间的推移而减弱。但是经过进一步的计算后,他们发现140亿年根本不够将爆炸后的值减弱的这个值。剑桥大学的尼尔教授说:"人们认为时间开始于那次大爆炸,但从没有一个合理的解释。而我们的推论看起来就非常的激进:在宇宙大爆炸之前是存在时间的。"

大爆炸不止一次发生宇宙年龄超乎科学家想象两位科学家的理论颠覆了人们的"常识",在人们常常猜想时间将止于何时的时候,他们又告诉了人们时间没有起点。既然"拉姆达"的值在近140亿年中减弱到这个适合生命存在的值,那么,两位科学家就想到了宇宙大爆炸也许发生了不止一次,每一次的大爆炸都让宇宙常量有所减弱。在产生了我们生活的这个宇宙之前,很可能是在万亿年中宇宙大爆炸发生了很多次。尼尔教授说:"我想,宇宙的年龄可能远远大于万亿年。时间没有开始,根据理论宇宙的年龄是无限大的,而宇宙范围也是无限大的。"

在2002年,这两位科学家就提出了宇宙进化经历着"生死循环"这个观点。宇宙就是在一次次大爆炸后重生,在每一次的"循环"中,宇宙都在膨胀中消耗原有的物质,在宇宙常量减弱的同时也产生了一些新的粒子,直到另一次的大爆炸到来,然后新的粒子又形成了新的物质、天体乃至生命。

如果这两位科学家的假设是正确的,那么下一次的大爆炸将在什么时候到来?尼尔教授说:"不论计算多么准确,人们都无法预料下一次大爆炸的时间,但可以说的是,下一次的大爆炸不会在之后的100亿年内发生。"

宇宙的年龄是如何测出来的

在南京地质博物馆,有一块来自加拿大的小石头。这块石头表面看上去黑黝黝的,暗淡无光。但科学家说,它是最古老的岩石。这块岩石是镁铁和超镁铁岩包裹体,经同位素测定,如果据这块岩石推测,地球年龄的下限大概在40亿岁。

和地球一样,宇宙中也有和宇宙差不多同龄的古老"恒星"。找到这种恒星,也差不多就可以知道宇宙年龄的下限,而这也被认为是测算宇宙年龄最基本的方法之一。

麦修萨拉是《圣经》里一位活到969岁的犹太族长的名字,是《圣经》中寿命最长的人。天文学家把最古老的星命名为"麦修萨拉"星。以下几颗最古老的恒星自本世纪以来相继被称为"麦修萨拉"星。

●2001年天文学家利用欧洲南方天文台的甚大望远镜,对一颗距离地球约1万光年、球状星团中编号为CS31082-001的恒星,进行了高精度光谱观测。根据光谱,第一次得到太阳系外天体的放射性同位素钍-232和铀-238(Uranium-238)含量之比,从而计算出该恒星的年龄是125亿岁。

●2007年,天文学家又用相同的办法,测得一颗距离地球7500光年、编号为HE 1523-0901的红巨星的年龄为132亿岁。

●宾西法尼亚州立大学的天文学家经过近10年的观测,于2013年2月公布找到一颗距离地球仅190光年、编号为HD 140283的亚巨星,其测定的年龄高达144.6亿岁,但误差有8亿岁。

以上这几颗最古老的恒星,根据它们的金属含量,都属于宇宙中的第2代恒星。


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