為什么是138億年?

對于宇宙的起源塘辅,現(xiàn)在的主流科學界普遍接受的是大爆炸理論(Big Bang)晃虫。宇宙起始于一個溫度極高、密度極大奇點扣墩,如今觀測到的宇宙微波背景輻射和星系互相遠離膨脹都為這個理論提供佐證哲银。

1 ?哈勃時間

星系之間遠離的程度使用哈勃常數(shù)表示。與漫長的宇宙史相比呻惕,人類時間段的哈勃常數(shù)顯然應該是個定值荆责,但是受制于測量星系之間距離的方法手段,準確得出哈勃常數(shù)是非常困難的亚脆。哈勃最初曾將哈勃常數(shù)定為500做院,之后哈勃常數(shù)就在不斷調(diào)整中。

歐洲航天局于2013年3月21日宣布濒持,根據(jù)普朗克衛(wèi)星的測量結(jié)果得出新的哈勃常數(shù)值為67.80±0.77(km/s)/Mpc(Mpc表示百萬秒差距键耕,大約為326萬光年),即在每增加326萬光年的距離上(或每過326萬年)弥喉,星系遠離地球的速度增大67.80±0.77千米每秒郁竟。

哈勃常數(shù)就是宇宙的膨脹斜率,如果追溯到體積為零的那點由境,求哈勃常數(shù)的倒數(shù)即可。

1Mpc=3.09×10^19km

1年=3.16×10^7秒

求得約為142.6-145.9億年。這個時間稱為哈勃時間虏杰。

如果宇宙一直是以這個哈勃常數(shù)膨脹讥蟆,哈勃時間顯然就是宇宙的年齡。但是在宇宙史上纺阔,哈勃常數(shù)是個變量瘸彤。

如果假設(shè)宇宙學常數(shù)(暗能量密度)不變,宇宙膨脹的速度應該是前面慢后面快笛钝,也就意味著宇宙不是一直以當前哈勃常數(shù)膨脹的质况,所以這個哈勃時間還不能作為宇宙的年齡。但是巧合的是玻靡,依據(jù)現(xiàn)在哈勃常數(shù)算出的哈勃時間與宇宙的年齡非常接近结榄。

2 ?宇宙的年齡

宇宙的年齡是由微波背景輻射推算出來的,因為這是宇宙中的第一束光囤捻。

大爆炸初期臼朗,宇宙的溫度極高,粒子普遍處于電離狀態(tài)蝎土。光子在運動過程不斷和粒子相撞视哑,無法自由移動,只有不斷改變路徑誊涯。一段時間后挡毅,溫度下降,質(zhì)子電子結(jié)合為中子暴构,穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)形成跪呈,物質(zhì)密度降低,此時光子解耦丹壕,開始自由射出庆械。

科學家推算第一束光產(chǎn)生于大爆炸38萬年左右,巨大的能量充滿整個宇宙空間菌赖。隨著時間的推移缭乘,宇宙越來越大,溫度越來越低琉用,現(xiàn)在只剩下3K左右的大爆炸余燼堕绩。

微波背景輻射特征和絕對溫標2.725K的黑體輻射相同。我們知道邑时,宇宙中的總能量是一定的奴紧,當宇宙膨脹,能量密度降低晶丘,溫度也隨之降低黍氮。所以得出溫度之后就能大致得出宇宙的大小唐含,再根據(jù)紅移量得出膨脹速度,就基本可以知道宇宙是從什么時候開始膨脹的沫浆。

歐洲航天局在同時還公布了根據(jù)“普朗克”太空探測器傳回數(shù)據(jù)繪制的宇宙微波背景輻射圖捷枯,這幅迄今最精確的反映宇宙誕生初期情形的全景圖,幾近完美地驗證了宇宙標準模型专执,并準確計算出宇宙年齡為138.2億年淮捆。

宇宙微波背景輻射圖

3 ?人類可觀測的宇宙邊界

宇宙有限的歷史,加上光速的有限本股,必然導致可觀測宇宙是有限的攀痊。我們能夠觀察的最遠宇宙,并不是簡單的用光速乘以宇宙的年齡拄显,還要乘一個尺度因子苟径。假設(shè)138億年前某個天體發(fā)出的一束光,現(xiàn)在進入我們的視線凿叠,則光子已經(jīng)傳播了138億光年涩笤。與此同時,空間自身也在膨脹盒件,并且這種膨脹甚至超過光速蹬碧。這就意味著我們觀測到這個天體的時候,它已經(jīng)離我們更加遠在天邊了炒刁。

現(xiàn)在我們所能觀察到最遙遠的星系距離地球的距離達到了460億光年恩沽。隨著時間流逝,由于宇宙的整體膨脹翔始,所有的星系將離我們越來越遠罗心,直到一片死寂。

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