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  • 1 # 火星一號

    在20世紀20年代末,美國天文學家哈勃有了重大的宇宙學發現,這直接導致愛因斯坦稱自己犯了一生最大的錯誤。哈勃根據星系的退行速度和距離關係,推匯出了哈勃定律,基於其中的哈勃常數就能估算出宇宙的誕生時間。

    在哈勃確認河外星系的存在之後,哈勃又發現,星系光譜的紅移值和距離存線上性關係,越遠離銀河系的星系,紅移值越高。根據多普勒效應,星系的光譜出現紅移現象是因為星系正在遠離銀河系,並且紅移值越高表明星系的退行速度越快。由此,哈勃得到了著名的哈勃定律,即星系的退行速度V和星系與銀河系的距離D成正比例關係:

    v=H0·D

    其中H0表示哈勃常數。

    根據哈勃定律,宇宙空間在均勻地膨脹。宇宙並非靜態的,時間往前回溯,早期宇宙比現在更小。如果時間回到宇宙誕生之初,宇宙空間縮小為一個奇點,這就是宇宙的開端。

    假設宇宙空間膨脹的速率自宇宙誕生以來沒有發生過變化,那麼,星系的退行距離除以退行速度,得到的是星系的退行時間。因此,哈勃常數的倒數,也就是哈勃時間,代表的正是宇宙膨脹時間尺度,可以近似認為這是宇宙的年齡:

    tH=1/H0

    只要知道哈勃常數,就能估算出宇宙的起源時間。根據美國宇航局(NASA)的費米伽瑪射線太空望遠鏡在2019年的觀測結果[1],哈勃常數的測量值約為68(千米/秒)/百萬秒差距,也就是說,星系與銀河系的距離每增加1百萬秒差距(326萬光年),其遠離銀河系的速度會隨之增加68千米/秒。由此可以估算出,宇宙的年齡大約為143.7億年。

    不過,哈勃常數並非一個真正意義上的常數,因為宇宙空間的膨脹速率在不斷髮生變化,目前的宇宙正在經歷加速膨脹過程。

    在現代宇宙學中,Λ-CDM模型(基於從廣義相對論中推匯出來的弗裡德曼方程)給出了目前為止最為精確的宇宙年齡計算公式:

    透過測量出公式中的各項引數,可以知道宇宙的誕生時間大約為138億年前,這與哈勃時間相接近。

    參考文獻

    [1] Alberto Domínguez, Radoslaw Wojtak, Justin Finke, et al., A new measurement of the Hubble constant and matter content of the Universe using extragalactic background light γ-ray attenuation, arXiv:1903.12097.

  • 2 # 彭曉韜

    首先,只有當哈勃定律是真理,是符合客觀實際的時候,利用哈勃常數計算宇宙年齡才是有意義的;

    其次,哈勃定律並沒有經過嚴格的實踐檢驗,是否符合客觀實際還未可知。因為天體紅移量有多種因素可以產生,並不是只會由天體退行產生的多普勒效應可產生。最近的天文觀測發現:星系間的廣大區域均存在大量的星際物質,這些物質很可能是導致星光頻率隨距離不斷降低的主要原因。需要找到一種方法來系統性地檢驗哈勃定律;

    再者,本人找到了一種方法能用來檢驗哈勃定律。利用傾斜星系對稱部位的實測天體之紅移量可將天體紅移量分解為與視距離和與視速度有關的紅移分量,進而就可利用與視速度有關的資料來檢驗哈勃定律。此方法還經專家們稽核後發表在由中科院主辦、中科協協辦的“科學智慧火花”上,應該是一個可行的方法。希望有條件的單位與個人能早日進行此項實驗工作。

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