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  • 1 # 科學探索菌

    宇宙的年齡是建立在大量的天文觀測資料上計算出來的,宇宙的年齡有許多估算方法,但目前公認的是根據大爆炸理論推算出的宇宙年齡。

    哈勃太空望遠鏡的功勞比較大。哈勃望遠鏡對造父變星的觀測,為哈勃常數的精確測量提供了保證。哈勃常數是反映宇宙膨脹速率的常數。天文學家愛德文·哈勃在上世紀發現宇宙正在膨脹,哈勃發現河外星系視向退行速度與距離成正比,即距離越遠,視向速度越大。這為後來的大爆炸宇宙理論提供了有力的證據支援。

    根據歐航局的普朗克衛星的測量結果,哈勃常數值被修正為67.80±0.77(km/s)/Mpc(Mpc表示百萬秒差距,是天文學上常用的距離單位,一秒差距約為3.26光年,1Mpc就是326光年),即在每過326萬光年的距離上,星系遠離地球的速度增大67.80±0.77千米每秒。

    哈勃望遠鏡目前已經觀測到130億光年外的天體,但觀察到130多億光年外的天體,並不意味著宇宙的年齡就是130多億年。根據大爆炸宇宙理論,宇宙誕生於一個奇點,目前宇宙還在加速膨脹,河外星系的視向退行速度與時間成反比,即時間越早,視向速度越大。透過精確測量宇宙的膨脹速率,也就是哈勃常數,科學家們就可以估算出宇宙誕生的時間。歐航局於2013年3月21日公佈了普朗克太空探測器傳回的宇宙微波背景輻射資料,根據大爆炸宇宙模型推算,把宇宙的精確年齡修正為138.2億歲,這也是目前科學界普遍公認的最精確的宇宙年齡。

  • 2 # 宇宙中渺少的我

    科學家們有他們的方式方法,我們不得不服他們。宇宙超級大,大的讓你無法想象。地球就像大海里的一滴水,你想吧!!

  • 3 # 火星傳媒

    歸根到底就是解一個尺度因子(scale factor)關於宇宙時間(cosmic time)的一階微分方程。

    透過定義密度引數(density parameter) \Omega_{x}=\frac{\rho_{x}(t=t_{0})}{\rho_{c}(t=t_{0})}=\frac{8\pi G\rho_{x}(t=t_{0})}{3H_{0}^{2}} ,我們可以從弗裡德曼方程得到(因為哈勃引數 H=\frac{\dot{a}}{a} 的平方正比於能量密度): H^{2}=H_{0}^{2}[(\Omega_{c}+\Omega_{b})a^{-3}+\Omega_{r}a^{-4}+\Omega_{k}a^{-2}+\Omega_{\Lambda}] ,

    也就是說 \frac{\dot{a}}{a}=H_{0}\sqrt{(\Omega_{c}+\Omega_{b})a^{-3}+\Omega_{r}a^{-4}+\Omega_{k}a^{-2}+\Omega_{\Lambda}} ,其中下標 c 代表cold dark matter,下標 b 代表baryonic matter,下標 k 代表空間曲率,下標 \Lambda 代表宇宙學常數(暗能量)。

    這是一個尺度因子 a 關於宇宙時間 t 的一階微分方程。宇宙年齡就是

    T=\int_{0}^{1}\frac{da}{H_{0}\sqrt{(\Omega_{c}+\Omega_{b})a^{-1}+\Omega_{r}a^{-2}+\Omega_{k}+\Omega_{\Lambda}a^{2}}}

    具體的數值取決於宇宙各種成分的比例,即上式中的幾個密度引數。

  • 4 # 量子科學論

    要談宇宙的年齡,我們就必須提到一個人,艾倫·桑德奇(Allan Rex Sandage,1926—2010),他是哈勃的助手也算是同事。桑德奇以測量造父變星而聞名,為哈勃常數的確定做出了巨大的貢獻,確定哈勃常數也是確定宇宙年齡的必要手段。

    哈勃常數是確定宇宙年齡的關鍵

    1953年哈勃去世後,桑德奇就提出了一個深刻而又緊迫的問題:宇宙的年齡是多少?

    我們知道宇宙膨脹導致了大爆炸標準模型的提出,標準模型說我們的宇宙有起源,既然有起源,那麼宇宙就有年齡,所以說宇宙的年齡是空間膨脹的的後果。

    宇宙自大爆炸以來一直在膨脹。是什麼決定了空間的膨脹率?在任何給定的時間裡,只有兩個因素決定了膨脹率:總能量密度和空間曲率。看下圖:

    現在,我們知道宇宙中充滿了暗能量,但回到1953年,科學家只考慮了兩種形式的能量:正常物質(質子、中子和電子)和輻射(光子和中微子)。

    如果我們測量哈勃常數,確定宇宙中各種形式的能量的密度,我們就能計算出宇宙的年齡。

    星系退行速度v=H0d,d為距離,其中H0就是哈勃常數。

    當時天文學家確定的哈勃常數為100千米/秒/Mpc,即一個距離我們一百萬秒差距的天體,它的退行速度是每秒100千米(一秒差距=3.26光年)。這個哈勃常數帶來了一個很大的問題。

    艾倫·桑德奇測量到M3星團中恆星的年齡比宇宙的年齡還要古老?

    艾倫·桑德奇的研究重點是球狀星團;具體來說,桑德奇對梅西耶3號球狀星團進行非常詳細的測量。

    恆星的質量越大,壽命越短,質量越小壽命越長,在恆星的一生中大致90%的時間看起來都沒什麼變化,唯獨在恆星脫離主序星變成紅巨星,就會產生巨大的變化,透過觀察星團中恆星脫離主序星的情況,就可以大致的算出一個星團的年齡。艾倫·桑德奇對梅西埃3中的恆星進行了非常精確的測量。

    令他驚訝的是,M3中的恆星平均年齡在80到100億年之間!

    這個恆星的年齡很奇怪嗎?是的!因為如果宇宙空間沒有曲率,由幾乎100%的物質組成,以當時哈勃常數測量的值100千米/秒/Mpc來說,宇宙應該只有70億年的歷史!

    顯然,這裡有很大的問題,不可能有一個宇宙,其中的恆星比宇宙本身還要古老!所以桑德奇就開始重新測量哈勃常數,看看宇宙是否真的比哈勃想象的還要古老。

    桑德奇估計宇宙的年齡在130億年到140億年之間

    桑德奇開始測量了許多不同星系的造父變星(Cepheids)以確定星系的距離,然後根據星系光譜和多普勒效應確定星系退行的速度。測量出來的哈勃常數不是100公里/秒/Mpc,得到的數值一直在50到60之間,這將大大增加宇宙的年齡。

    此外,桑德奇還發現物質的能量密度實際上要小於總能量密度;這一點尤為重要,因為物質的引力一直阻止宇宙的膨脹,如果宇宙中只有曲率和輻射能量的話,那麼宇宙的年齡對物質的密度非常敏感。

    結合這兩個結果,桑德奇估計宇宙的年齡在130億年到140億年之間。這不僅比之前估計的宇宙年齡要古老的多,而且這個估計結果是唯一一個與最新的星團恆星測量結果一致,其中一些星團的年齡高達130億年!

    在20世紀70年代到80年代,由傑拉德·沃庫勒爾斯(Gerard de Vaucouleurs,上圖左二)領導的一個新的天文學家小組對哈勃常數進行了新的測量,得到的數值始終在85至100千米/秒/Mpc之間。

    桑德奇始終對這個數值表示懷疑!他堅持的觀點很簡單,如果哈勃常數如此之高,宇宙將再次比其中的許多恆星年輕,這是絕對不可能的。

    哈勃望遠鏡一勞永逸的解決了哈勃常數的問題,宇宙的年齡被確定在137億年

    上世紀90年代,當哈勃太空望遠鏡(Hubble space telescope)投入使用時,事情終於有了一個結果。順便問一下,你有沒有想過為什麼它被命名為“哈勃”太空望遠鏡?因為這個望遠鏡的首要科學目標是要一勞永逸地精確測量哈勃常數!

    相信你已經猜到了,在哈勃望遠鏡之前所有人都錯了。哈勃太空望遠鏡的關鍵專案返回的哈勃常數為72 km/s/Mpc,誤差小於10%。就這個常數本身而言,這就給了我們一個年齡大約為123億年的宇宙,但是我們在1998年還發現了一些額外的資訊。在我們的宇宙中,能量的主要成分70-75%既不是普通物質也不是輻射,而是暗能量!

    72km /s/Mpc和宇宙中的暗能量導致了我們現在看到的137億年的宇宙。雖然傑拉德·沃庫勒爾斯在當時被普遍認為是“更正確的”,但桑德奇很顯然是更接近於正確圖景的那個人。

    以上就科學家關於宇宙年齡的猜測和爭論。

  • 5 # 量子貓

    計算宇宙的年齡,那這裡肯定要提到一個人,名叫愛德文·鮑威爾·哈勃,簡稱哈勃

    哈勃對許許多多遙遠星系進行了測量,正如圖展示,對於越遙遠的星系,它的譜線往紅端的移動就越明顯。

    所以如果認為它是來自於多普勒效應的影響的話,我們用一個箭頭的大小來表徵它所對應的多普勒運動的速度。

    那我們就可以看到,離我們近鄰的星系譜移比較少,說明它遠離我們速度的就比較小

    而對我們更遙遠的星系,往紅移端的譜線移動越強越大。

    在1929年的時候,哈勃用23個星系的觀測資料,進行了統計.

    基於觀測的結果,哈勃得出了哈勃定律,當然這定律很簡單,是一個線性的關係,它認為這些星系都是遠離我們而去。

    存在退行的速度,這個退行的速度跟距離成正比,這個常數就用哈勃的名字來命名,叫做哈勃常數。

    當然,這個結果出來之後,暗示著我們遙遠的星系遠離我們而去。

    如果我們把這個過程給他反過來去推的話,也就預示著我們宇宙的年齡應該是有限的,我們的宇宙很可能是有起點的。

    如果假定我們宇宙膨脹,是一種勻速的在退行,我們就可以基於哈勃定理可以來計算出,退行所經歷的時間,這個時間我們會把它叫做哈勃年齡

    這個時間等於,星系離我們的距離除以它的退行速度,這正好就等於哈勃常數的倒數,我們如果取哈勃為65公里每秒,每百萬秒差距。

    那我們就可以得出宇宙的年齡就是150億年,當然,透過這種方式得出宇宙的年齡是一種估算,並不是非常非常精細的結果。

    但是至少我們知道了宇宙是有起點的,宇宙年齡跟計算出的結果應該也是比較接近的

  • 6 # 美術家1

    算出的不是宇宙年齡,而是銀河系的年齡。宇宙膨脹也是錯的,因為宇宙沒有中心。哈勃觀測的是星系遠離銀河系,但離其它星系近樂,小數星系也會靠近銀河系,這現象正常

  • 中秋節和大豐收的關聯?
  • 哪些歷史上事件的發生,你覺得是不可能,但是又不得不相信?