宇宙年齡

宇宙年齡

宇宙年齡(universe,age of)宇宙從某個特定時刻到現在的時間間隔。對于某些宇宙模型,如牛頓宇宙模型、等級模型、穩恆態模型等,宇宙年齡沒有意義。

在通常演化的宇宙模型裏,宇宙年齡指宇宙標度因子為零起到時刻的時間間隔。通常,哈勃年齡是宇宙年齡的上限,可以作為宇宙年齡的某種度量。根據大霹靂宇宙模型推算,宇宙年齡大約138.2億年!

  • 中文名稱
    宇宙年齡
  • 外文名稱
    universe,age of
  • 定義
    宇宙從某個特定時刻到現在的時間
  • 舉例
    牛頓宇宙模型、等級模型
  • 宇宙年齡
    大約138.2億年
  • 上限
    哈勃年齡

年齡推算

反映宇宙膨脹率的哈勃常數也被修正至67.15公裏/(秒·百萬秒差距),即一個星系與地球的距離每增加一百萬秒差距(一秒差距約為3.26光年)。

宇宙年齡宇宙年齡

歐洲航天局2013年3月21日公布了"普朗克"太空探測器傳回的宇宙微波背景輻射全景圖,近乎完美地驗證了宇宙學標準模型,並且把宇宙的精確年齡修正為138.2億歲。

推算方法

科學家利用望遠鏡觀察最老的星球上的鈾光譜,從而估計宇宙的年齡是一百二十五億年。科學家對宇宙(Universe)的年齡有不同的估計,根據不同的宇宙學模型(cosmologicalmodels),科學家估計宇宙的年齡是介乎一百億至一百六十億之間;2001年科學家利用南歐洲天文台(EuropeanSouthernObservatory)的望遠鏡,觀察一顆稱CS31082-001的星球,量度星球上放射性(radioactive)同位素(isotope)鈾-238(Uranium-238)的光譜(spectrum),從而計算出這星球的年齡是一百二十五億年,這個估計的誤差大約三十億年,是亦即是說,宇宙的年齡至少有一百二十五億年,這是科學家第一次量度太陽系(SolarSystem)以外鈾含量的研究

科學家解釋說,這個方法和在考古學(archaeology)上使用碳-14(Carbon-14)同位素量度物質的年齡一樣,鈾-238同位素的半衰期(half-life)是四十四億五千萬年;半衰期是放射性元素(element)自動蛻變成為其它元素,至它本身剩下一半時所需要的時間。

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科學家指出,在宇宙開始時,大霹靂(BigBang)會產生氫(hydrogen)、氦(helium)和鋰(lithium)等元素,而比較重的元素是在星球內部產生,當星球死亡時,含有重元素的物質會散布到周圍的空間,然後和下一代個的星球結合;其實,地球上黃金(gold)也是從爆炸了的星球來。

因此,愈老的星球上的重元素,也會愈少,科學家認為,一些比較老的星球的重元素含量,隻有太陽(Sun)的二百分之一。科學家曾經嘗試利用釷-232(Thorium-232)同位素來估計宇宙的年齡,釷是一種放射性金屬元素,與中子(neutron)接觸時會引起核分裂,產生原子能源(atomicenergy),不過,的半衰期是一百四十億五百萬年,半衰期比較鈾-238長,因此,估計的誤差也比較大。

年齡增加

2006年8月7日出版的美國《科學》雜志刊載文章說,一個由天文學家組成的國際團隊發表了一份最新報告稱,宇宙的年齡可能比原先構想的還要早20億年。科學家們已發現一個比原先預想還遠15%的鄰近星系,這意味著宇宙的年齡可能少估計了15%。但是另一些專家認為下結論還為時過早。

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天文學家們通過觀測一顆階段性改變亮度的特殊行星,已經成功測定出許多遙遠星系的相對距離。但是為了知道這些星系距離人們究竟有多少光年,科學家們需要直接計算銀河系和一些星系之間的距離。這樣的測量很難進行。多少年以來,唯一測量出的可信的距離是鄰近的大麥哲倫星系,但是一些天文學家擔心它不同尋常的化學構成會影響計算。

華盛頓卡耐基研究所的阿切斯特·波南斯和他的同事已經在銀河系的"鄰居"三角座星系中觀測到一顆正在逐漸暗淡的失色雙星。這個系統中的兩顆星星在它們的軌道上互相穿越,觀測這兩顆星星互相黯淡的過程讓天文學家們可以忽略兩顆星星的大小和它們釋放的能量。比較觀測到的亮度揭示了行星離地球的距離。

這個結果刊登在美國《天文物理期刊》上,它測算出三角座星系(同樣被稱為M33星)距離地球300萬光年,比通常人們認為的260萬光年遠了15%,後者是通過其他非直接的技術測量得出的。如果300萬年這個資料得到確定,新的距離暗示更遠的星系都將比原先遠15%,因為相對距離不會改變。而且因為宇宙的大小和年齡都以星系距離為基礎,結果宇宙的年齡從137億年增加到了157億年。

年齡猜想

德國科學家研究發現,宇宙深處的一個類星體上鐵物質含量要遠多于太陽系中任何一個星體。由于天體中鐵物質的形成需要極漫長的時間,在與太陽系天體鐵物質含量對比的基礎上,科學家提出宇宙年齡可能大于此前人們的猜測。

馬普學會地外物理學研究所和歐洲航天局的科學家們借助XMM-NEWTON空間射線望遠鏡對這一編號為"APM08279+5255"的類星體上所含成分進行分析發現,雖然該類星體中似乎並不存在氧元素等,但其鐵物質含量大約是太陽系中單個星體的3倍左右。

新算出宇宙年齡為136億歲新算出宇宙年齡為136億歲

科學家介紹說,根據現有認識,類星體及其所含鐵物質是在宇宙大霹靂後15億年左右才逐漸形成的,而天體中的鐵物質是在宇宙中星體燃燒爆炸之後經過聚變反應後形成的,也就是說,某個天體上的鐵物質隻能在數十億年時間內才逐漸積聚起來。現有研究認為,宇宙的年齡至少為125億年,太陽系形成的時間約在90億年前。因此,以太陽系天體中鐵物質含量做對比,科學家認為這一新發現或者表明宇宙中存在一類人們迄今並無認識的富含鐵物質的星體,或者表明宇宙年齡要大于此前的猜測。

據2013-03-22新華網訊息:宇宙膨脹率的哈勃常數也被修正至67.15公裏/(秒·百萬秒差距),即一個星系與地球的距離每增加一百萬秒差距(一秒差距約為3.26光年)。

年齡測定

波南斯的團隊已經做了"非常扎實的工作",美國加州卡內基天文台的宇宙學家溫迪·弗裏德曼說,她從20世紀90年代就開始領導一項大型的哈勃太空望遠鏡來測定宇宙距離的範圍。但是,她也認為,需要在一個星系中再找一對"黯淡的雙星"來改變人們對于宇宙年齡的想法。

夕法尼亞州的維拉諾瓦大學的天體物理學家愛德華·希安也同意這個觀點。他開拓了在鄰近大麥哲倫星系測試黯淡的雙星技術。他說。隻有一顆星來說明結論是遠遠不夠的。同時,他還同樣擔心,波南斯團隊使用了一顆閃亮的行星,而非黯淡的雙星,因為他認為他們的理論模型還不是很扎實。"我的構想是三角座星系應該沒有那樣遙遠,"他說,"它可能會再次向地球移動。"

類星體

類星體是宇宙中一類體積相對較小,但能量巨大的天體。該類天體在一般光學觀測中類似恆星,但在分光觀測中,它的譜線具有很大的紅移,與恆星並不相同,因此被稱為類星體。中國學家蔡星宇曾推測說宇宙至少有100億歲。

研究理論

宇宙始于何時?將止于何時?這是宇宙留給人類最為神秘,也最難解釋的謎題。雖然宇宙大霹靂說已經深入人心,人們已經默認了宇宙誕生于近140億年前的一次大霹靂中,宇宙萬物、星系、地球、生命都是在大霹靂之後逐漸形成的。然而,在這個理論出世之後,很多人也提出了另外一個問題:在宇宙大霹靂之前發生了什麽?5月5日《科學》雜志上發表的一篇研究論文稱解答了這個讓科學家們為之爭論不休的謎題。美國普林斯頓大學的波爾·施泰恩加德和英國劍橋大學的尼爾·圖爾克這兩名理論物理學家在這篇論文裏共同提出了一個理論,即宇宙大霹靂發生了不止一次,宇宙一直經歷著"生死輪回"的過程,而人們所認為的140億年前的宇宙大霹靂並非宇宙誕生的絕對起點,那隻是宇宙的一次新生。

神秘能量

誰讓宇宙加速膨脹讓科學家們註意到宇宙大霹靂不僅隻有一次的是被科學家拋棄後又重新拾起的"宇宙常量"。所謂宇宙常量,是對真空中的能量的數學表述,並用希臘字母的第11個字母"拉姆達"表示,這種能量也被認為是神秘的"暗能量",而這種神秘能量正在讓宇宙不斷加速膨脹。

美國太空網5月8日對英美科學家這一研究的報道中稱,當初愛因斯坦首次提出宇宙常量時,是想證明在宇宙間存在一種能量抗衡著星體間的重力作用,使得各星體不會因為相互的吸引而合到一起,最終讓整個宇宙的物質都融合成一體,因此他也想證明宇宙是靜止的,沒有生長也沒有萎縮。但沒過多久,愛因斯坦就拋棄了這個理論,他稱自己犯下了一生"最大的錯誤"。因為經他自己的廣義相對論公式的計算,宇宙正在膨脹,而天文學家埃德溫-哈勃經過觀察也證實了宇宙確實在膨脹。

20世紀90年代末期,"拉姆達"被科學家們重新拾起,這時一些天文學家發現宇宙不僅僅在膨脹,而且速度正在加快,科學家們不知道是什麽樣的神秘力量導致了這一結果,于是"暗能量"這個詞便產生了。並且科學家們認為"暗能量"就是宇宙常量"拉姆達",在宇宙大霹靂後"拉姆達"沒有和重力"平分天下",保持宇宙的平衡。而是從重力手中奪權,使星體間越來越遠,宇宙不斷膨脹。

宇宙常量

宇宙常量該有多大,這是宇宙大霹靂發生次數的關鍵。美英科學家波爾·施泰恩加德和尼爾·圖爾克就是在對宇宙常量的大小計算中發現了宇宙大霹靂不應該隻發生了一次。

科學界一直都嘗試解釋的一個問題是為什麽自然界中的那麽多常量的值都是那麽正好,剛好讓生命存在。如果"拉姆達"太大,那麽宇宙就會在大霹靂後立刻迅速膨脹並撐破,就像吹爆的氣球,那麽生命就不可能在百億年後存在了。波爾教授在接受太空網的採訪中說:"'拉姆達'的值是物理學中最神秘的事物之一。它讓我們非常的迷惑。"甚至科學界出現了"人擇原理",即宇宙常量恰當地選擇了人類生存,而人類也恰好選擇了在這樣一個常量條件下出現,而人類又回頭研究著為什麽宇宙常量大小會剛好讓人類生存。這聽起來確實不可思議,尼爾教授稱:"這簡直太糟了,真的該被拋棄了。這個理論就是想說明人類永遠不會了解宇宙的奧秘,這就是我們的生存之道。"

為了找到"人擇原理"之外合理的解釋,兩位科學家利用宇宙大霹靂模型計算宇宙常量,但得到的結果要比實際觀測到的宇宙常量大得多,是實際值的10的100次方倍,也就是根本不適合宇宙中的生命生存。宇宙常量的大小說到底還關系到人類的生存。因此波爾教授和尼爾教授認為在宇宙大霹靂後宇宙常量(也就是"暗能量")都會隨著時間的推移而減弱。但是經過進一步的計算後,他們發現140億年根本不夠將爆炸後的值減弱的這個值。劍橋大學的尼爾教授說:"人們認為時間開始于那次大霹靂,但從沒有一個合理的解釋。而我們的推論看起來就非常的激進:在宇宙大霹靂之前是存在時間的。"

大霹靂不止一次發生宇宙年齡超乎科學家想象兩位科學家的理論顛覆了人們的"常識",在人們常常猜想時間將止于何時的時候,他們又告訴了人們時間沒有起點。既然"拉姆達"的值在近140億年中減弱到這個適合生命存在的值,那麽,兩位科學家就想到了宇宙大霹靂也許發生了不止一次,每一次的大霹靂都讓宇宙常量有所減弱。在產生了我們生活的這個宇宙之前,很可能是在萬億年中宇宙大霹靂發生了很多次。尼爾教授說:"我想,宇宙的年齡可能遠遠大于萬億年。時間沒有開始,根據理論宇宙的年齡是無限大的,而宇宙範圍也是無限大的。"

迴圈論

在2002年,這兩位科學家就提出了宇宙進化經歷著"生死迴圈"這個觀點。宇宙就是在一次次大霹靂後重生,在每一次的"迴圈"中,宇宙都在膨脹中消耗原有的物質,在宇宙常量減弱的同時也產生了一些新的粒子,直到另一次的大霹靂到來,然後新的粒子又形成了新的物質、天體乃至生命。

如果這兩位科學家的假設是正確的,那麽下一次的大霹靂將在什麽時候到來?尼爾教授說:"不論計算多麽準確,人們都無法預料下一次大霹靂的時間,但可以說的是,下一次的大霹靂不會在之後的100億年內發生。"

宇宙的年齡是如何測出來的

在南京地質博物館,有一塊來自加拿大的小石頭。這塊石頭表面看上去黑黝黝的,暗淡無光。但科學家說,它是最古老的岩石。這塊岩石是鎂鐵和超鎂鐵岩包裹體,經同位素測定,如果據這塊岩石推測,地球年齡的下限大概在40億歲。

和地球一樣,宇宙中也有和宇宙差不多同齡的古老"恆星"。找到這種恆星,也差不多就可以知道宇宙年齡的下限,而這也被認為是測算宇宙年齡最基本的方法之一。

麥修薩拉是《聖經》裏一位活到969歲的猶太族長的名字,是《聖經》中壽命最長的人。天文學家把最古老的星命名為"麥修薩拉"星。以下幾顆最古老的恆星自本世紀以來相繼被稱為"麥修薩拉"星。

●2001年天文學家利用歐洲南方天文台的甚大望遠鏡,對一顆距離地球約1萬光年、球狀星團中編號為CS31082-001的恆星,進行了高精度光譜觀測。根據光譜,第一次得到太陽系外天體的放射性同位素釷-232和鈾-238(Uranium-238)含量之比,從而計算出該恆星的年齡是125億歲。

●2007年,天文學家又用相同的辦法,測得一顆距離地球7500光年、編號為HE 1523-0901的紅巨星的年齡為132億歲。

●賓西法尼亞州立大學的天文學家經過近10年的觀測,于2013年2月公布找到一顆距離地球僅190光年、編號為HD 140283的亞巨星,其測定的年齡高達144.6億歲,但誤差有8億歲。

以上這幾顆最古老的恆星,根據它們的金屬含量,都屬于宇宙中的第2代恆星。


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