科学家计算出宇宙的新年龄 年轻了12亿岁

来源:CNBETA  责任编辑:小易  

是远离。这个问题有两层含义,一是宇宙的范围有多大,二是宇宙的年龄有多大。这个问题所谈论的是可见的宇宙,也就是以我们所在的地球为一个球体,其半径是自大爆炸以来,即宇宙作为一个点诞生,开始向外迅速膨胀以来光所通过的空间。从整体上看,宇宙很可能痹烩个可见的宇宙大得多。    就测定所能提供的东西来说,天文学家们显然并不知道,至少不是确切地知道大爆炸是何时发生的。他们只是非常笼统地说,大爆炸可能发生在100亿年前,也可能发生在200亿年前,或者是发生在100亿年前到200亿年前之间的某个时刻。    对我们常人来说,浩瀚无垠的宇宙几乎是不可度量的。而对天文学家来说,精确地测绘宇宙天体不仅是必要的,而且也是可能的。天文学采用的计量单位是“光年”,即光在一年里所走的距离。光的前进速度约为每秒30万公里,一光年大约是 9.7万亿公里。银河系的直径约为10万光年。而在银河系之外还有别的星系,距离我们有数十亿光年。最新发现的类星体位于我们目前所能观测到的宇宙边缘,与地球相隔约100亿 ~200亿光年,是迄今所知的最遥远的天体。    如此遥远的距离简直令人难以想象。要测量太阳系的其他行星或附近的恒星的距离,可以采用由古希腊人发明的视差计算法。所谓视差,是指从两个观察位置观察同一物体时两道视线所形成的夹角。在天文学中,测定视差的方法就是把两个观测点与被观测的天体构成一个三角形,已知两个观测点连线(即基线)的长度,再从这两个观测点测出天体的方位(即三角形的顶角),就能求出天体与地球的距离。基线越长,求得的结果就越精确。通常,在测量离地球较近的天体如月亮的距离时,可以用地球的半径作基线,所测定的视差则称为“周曰视差”。如果要测定太阳系以外天体的距离,一般都以地球与太阳的距离为基线,所测定的视差称为“周年视差”。用这种视差法测量相距8.6光年以内的天体非常准确,测量远至1000光年的天体也能做到大体准确。    另一种测量恒星距离的方法是亮度测定法。一颗恒星可能因体积大、运动活跃或距离地球较近而显得很光亮。只要分清星球的实际亮度和视觉亮度,就能从光亮度上准确测出恒星与地球之间的距离。本世纪初,天文学家按波长区分星球光亮,制成了光谱。他们发现,不同的恒星有不同的光谱特性。用分光镜研究恒星的光谱,就能判断该星的冷热程度。这有助于天文学家辨别貌似暗淡的小星是否遥远的活跃的巨星。只要把一颗星的光与另一颗已知距离、活跃程度相似的星进行比较,就能测量出这颗星与地球之间的距离。    80多年前,大多数天文学家都认为银河系就是整个宇宙,银河系之外什么也没有。可是,当精确度更高的天文望远镜诞生以后,这种看法便被证明是错误的。过去观测到的那些暗淡模糊的斑点,其实是其他的星系,有的与银河系不相上下,有的则更庞大。20世纪20年代,美国天文学家埃德温·哈勃在加利福尼亚州的威尔逊山用当时世界上最大的反射式望远镜研究银河系外星系,他分析了这些星系的光谱,发现各种谱线的波长都移向红色一端。这种现象叫做红移,说明那些星系正在向远处飞离。波长的改变是多普勒效应的作用,与疾驶而去的汽车喇叭声调的变化同样道理。由于宇宙在不断膨胀,星系距我们越远,红移就越大。换而言之,越远的星系,其飞离我们的速度也越快。哈勃据此提出了“哈勃定律”,确定了计算行星运行速度的天文学计量单位——“哈勃常数”。但是,用哈勃常数作为测量尺度存在一个问题,即无人知道它有多长。    关于宇宙膨胀的速率,天文学家们的看法并不一致。最保守的估计是,距离增加百万光年,则速度每秒钟约增加16公里,即一个距我们5亿光年的星系将以每秒约8047公里的速度远离地球。有些天文学家估计的速率痹烩个数字还要大一倍。按照第一种估计,宇宙中最遥远的天体距离地球约有100亿光年。而按第二种速率计算,则宇宙边缘距离地球达200亿光年之遥。    “哈勃常数”只能在太阳系以外的太空里测定。在那里,膨胀速度非常大,任何局部影响都变得微不足道。    如果天文学家能够找到一支“标准蜡烛”,即某个类星体,其亮度稳定,非常明亮,横跨半个宇宙都可以看到,那么这个问题便可迎刃而解。但是迄今为止,大家公认可通用于整个宇宙的“标准蜡烛”尚未找到。因此,天文学家运用这一基本方法时往往采取一种分步方式,这就是设立一系列“标准蜡烛”,每一步只起测,定下一步的作用。    近年来,3种不同的“标准蜡烛”,即近红外线观测造父变星、行星状星云和麻省理工学院的约翰·托里的成片星系,都使人趋向于认为宇宙很年轻,有110亿~120亿年。    但是,还不能说这便是标准答案,至少有另外3个天文学家小组得出了不同的结果。其中的一个小组是以哈佛大学天文学系主任罗伯特·柯什纳为首,他们得出的结论是,宇宙并不是那么年轻,可能有150亿年。    而杰奎琳·休特和她的学生们以及普林斯顿大学的埃德·特纳则测定宇宙有240亿年。    总而言之,时至今曰,宇宙有多大这个问题还远远未解决www.zgxue.com防采集请勿采集本网。

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宇宙的年龄则分别采用的是不同的方式,地球年龄是利用放射性同位素测量法计算的年龄 出星系的距离,同时可分析出它们膨胀扩张至宇宙范围的详细情况。 科学家经常很难识

        138亿岁的宇宙就在那里,天文望远镜深情的目光望过去,都是年轻时的样子。        毫无疑问,宇宙自大爆炸以来已经存在了138亿年,而且科学家们对这个数字非常有信心。事实上,这个数字的误差在一亿年之内——不到总时间的1%。但是在历史上,科学结论常常犯错,这次会不会又搞错了呢?有个叫John Deer的人问了这么个问题:        开尔文男爵估计太阳的年龄在20到4000万年之间,因为他建立的模型没有也不可能考虑量子力学和相对论。当我们研究宇宙的时候,我们是否有可能犯类似的错误?        我们先回顾一下历史,然后再回到现实情况来做更多了解。        银河系中的各种天体能帮助我们估计宇宙的年龄,但是正如我们曾因为对太阳的原理缺乏了解而搞错了太阳系的年龄,我们会不会也搞错了宇宙的年龄?         回到19世纪末,那时的人们就宇宙的年龄展开了一场大争论。查尔斯·达尔文从生物学和地质学的角度得出结论,宇宙如果没有几十亿年历史,那也至少有几亿年;而开尔文男爵研究了太阳及其工作方式,得出结论认为太阳要年轻得多。他只知道燃烧这样的化学反应以及引力引起的坍缩,后者是白矮星的能量来源;但是如果太阳源源不断的能量是靠燃烧反应产生的话,那太阳只能活几千万年。问题没有解决,两者的看法没有达成一致。        我们的太阳和它的耀斑。它喷出的物质进入到太阳系中,并且太阳的核聚变损失了初始质量的0.03%,损失相当于一个土星。然而,在我们发现核聚变之前,我们无法准确地估计太阳的年龄。        当然,问题早已解决了几十年。这归功于核反应的发现以及爱因斯坦质能方程在太阳氢核聚变的应用。通过计算,我们知道了太阳的总寿命将有100-120亿年,而我们的太阳系存在了大约45亿年。太阳(天文学),地球(地质学)和生命(生物学)得出的结果不再矛盾。        现在我们有两种方法来估算宇宙的年龄:研究恒星和星系的年龄以及宇宙的膨胀。恒星本身是不太精确的量度,因为我们只能看到它们的一个阶段,然后来反推恒星的演化当我们有大量的恒星,如一个球状星团时,这是很有用的,而单个恒星就要困难很多。前者估算方法很简单:当大量的恒星在一起时,它们有各种不同的大小和颜色,有较热,较大,偏蓝色的,有较冷,较小,偏红色的。随着时间的推移,较大的恒星反应得也最快,所以它们将最先死去。        因此,如果我们观察幸存的恒星,我们就能知道其年龄有多大。许多星团的年龄超过120亿年,有些甚至超过130亿年。随着观测技术和能力的进步,我们不仅能测量恒星的碳,氧,和铁含量,还能利用铀和钍的放射性衰变的丰度,结合其他元素,我们可以直接追溯它们的年龄。        另外,还有一种更好、更精确的方法来测量宇宙的年龄:宇宙膨胀。        通过测量宇宙中的物体,物体移动的距离有多大,观测它们附近的,中距离以及远距离的光线的情况,我们可以重建宇宙的膨胀历史。我们现在知道我们的宇宙由大约68%的暗能量,27%的暗物质,4.9%的正常物质,0.1%的中微子和0.01%的辐射组成,今天。我们也知道这些成分是如何演化的,宇宙服从广义相对论的规律。把这些信息结合起来,我们的宇宙年龄估算就能足够令人信服。        在大爆炸发生几秒钟后,宇宙充满了各种混乱的粒子;几分钟后,宇宙降温并形成了最初的原子核。38万年后,电子和原子核结合成为最初的原子。在几十到亿万年的时间里,万有引力把这一物质聚集在一起,形成了星系。数十亿年之后,星系融合并成长为我们今天所看到的宇宙。从各种来源收集的数据,包括宇宙微波背景辐射、星系的大规模聚集、遥远的超新星和重子声学振荡,我们得出了一个令人信服的结果:宇宙的年龄为138亿年。        就算存在误差,也不太可能将对这138亿年的数字进行重大修改。即使有比我们所知的力、粒子和相互作用更基本的物理学,它们也不可能改变恒星运作的物理原理,重力如何随时间而变化,宇宙如何膨胀,或辐射/物质/暗能量如何构成我们的宇宙。这些东西是很好测量的,有很好的约束性,我们的理解也没出问题。即使随着暗能量演化,基本的常数,如G、c或h随着时间变化,或者标准模型粒子可以进一步分解,宇宙的年龄也不会有很大变化。        修订和惊喜可能会到来,但当涉及到宇宙的年龄,经过千年的思考,人类终于有了答案,它是可信的,毫无疑问,宇宙自大爆炸以来已经存在了138亿年,而且科学家们对这个数字非常有信心。事实上,这个数字的误差在一亿年之内——不到总时间的1%。但是在历史上,科学结论常常犯错,这次会不会又搞错了呢?有个叫John Deer的人问了这么个问题:开尔文男爵估计太阳的年龄在20到4000万年之间,因为他建立的模型没有也不可能考虑量子力学和相对论。当我们研究宇宙的时候,我们是否有可能犯类似的错误?我们先回顾一下历史,然后再回到现实情况来做更多了解。银河系中的各种天体能帮助我们估计宇宙的年龄,但是正如我们曾因为对太阳的原理缺乏了解而搞错了太阳系的年龄,我们会不会也搞错了宇宙的年龄? credit: 123RF回到19世纪末,那时的人们就宇宙的年龄展开了一场大争论。查尔斯·达尔文从生物学和地质学的角度得出结论,宇宙如果没有几十亿年历史,那也至少有几亿年;而开尔文男爵研究了太阳及其工作方式,得出结论认为太阳要年轻得多。他只知道燃烧这样的化学反应以及引力引起的坍缩,后者是白矮星的能量来源;但是如果太阳源源不断的能量是靠燃烧反应产生的话,那太阳只能活几千万年。问题没有解决,两者的看法没有达成一致。我们的太阳和它的耀斑。它喷出的物质进入到太阳系中,并且太阳的核聚变损失了初始质量的0.03%,损失相当于一个土星。然而,在我们发现核聚变之前,我们无法准确地估计太阳的年龄。 credit: 123RF当然,问题早已解决了几十年。这归功于核反应的发现以及爱因斯坦质能方程在太阳氢核聚变的应用。通过计算,我们知道了太阳的总寿命将有100-120亿年,而我们的太阳系存在了大约45亿年。太阳(天文学),地球(地质学)和生命(生物学)得出的结果不再矛盾。现在我们有两种方法来估算宇宙的年龄:研究恒星和星系的年龄以及宇宙的膨胀。恒星本身是不太精确的量度,因为我们只能看到它们的一个阶段,然后来反推恒星的演化当我们有大量的恒星,如一个球状星团时,这是很有用的,而单个恒星就要困难很多。前者估算方法很简单:当大量的恒星在一起时,它们有各种不同的大小和颜色,有较热,较大,偏蓝色的,有较冷,较小,偏红色的。随着时间的推移,较大的恒星反应得也最快,所以它们将最先死去。因此,如果我们观察幸存的恒星,我们就能知道其年龄有多大。许多星团的年龄超过120亿年,有些甚至超过130亿年。随着观测技术和能力的进步,我们不仅能测量恒星的碳,氧,和铁含量,还能利用铀和钍的放射性衰变的丰度,结合其他元素,我们可以直接追溯它们的年龄。另外,还有一种更好、更精确的方法来测量宇宙的年龄:宇宙膨胀。通过测量宇宙中的物体,物体移动的距离有多大,观测它们附近的,中距离以及远距离的光线的情况,我们可以重建宇宙的膨胀历史。我们现在知道我们的宇宙由大约68%的暗能量,27%的暗物质,4.9%的正常物质,0.1%的中微子和0.01%的辐射组成,今天。我们也知道这些成分是如何演化的,宇宙服从广义相对论的规律。把这些信息结合起来,我们的宇宙年龄估算就能足够令人信服。在大爆炸发生几秒钟后,宇宙充满了各种混乱的粒子;几分钟后,宇宙降温并形成了最初的原子核。38万年后,电子和原子核结合成为最初的原子。在几十到亿万年的时间里,万有引力把这一物质聚集在一起,形成了星系。数十亿年之后,星系融合并成长为我们今天所看到的宇宙。从各种来源收集的数据,包括宇宙微波背景辐射、星系的大规模聚集、遥远的超新星和重子声学振荡,我们得出了一个令人信服的结果:宇宙的年龄为138亿年。就算存在误差,也不太可能将对这138亿年的数字进行重大修改。即使有比我们所知的力、粒子和相互作用更基本的物理学,它们也不可能改变恒星运作的物理原理,重力如何随时间而变化,宇宙如何膨胀,或辐射/物质/暗能量如何构成我们的宇宙。这些东西是很好测量的,有很好的约束性,我们的理解也没出问题。即使随着暗能量演化,基本的常数,如G、c或h随着时间变化,或者标准模型粒子可以进一步分解,宇宙的年龄也不会有很大变化。修订和惊喜可能会到来,但当涉及到宇宙的年龄,经过千年的思考,人类终于有了答案,它是可信的内容来自www.zgxue.com请勿采集。


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