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宇宙年龄

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宇宙年龄(universe,age of)宇宙从某个特定时刻到现在的时间间隔。对于某些宇宙模型,如牛顿宇宙模型、等级模型、稳恒态模型等,宇宙年龄没有意义。

在通常演化的宇宙模型里,宇宙年龄指宇宙标度因子为零起到时刻的时间间隔。通常,哈勃年龄是宇宙年龄的上限,可以作为宇宙年龄的某种度量。根据大爆炸宇宙模型推算,宇宙年龄大约138.2亿年!

反映宇宙膨胀率的哈勃常数也被修正至67.15公里/(秒百万秒差距),即一个星系与地球的距离每增加一百万秒差距(一秒差距约为3.26光年)。

欧洲航天局2013年3月21日公布了"普朗克"太空探测器传回的宇宙微波背景辐射全景图,近乎完美地验证了宇宙学标准模型,并且把宇宙的精确年龄修正为138.2亿岁。

类星体是宇宙中一类体积相对较小,但能量巨大的天体。该类天体在一般光学观测中类似恒星,但在分光观测中,它的谱线具有很大的红移,与恒星并不相同,因此被称为类星体。中国学家蔡星宇曾推测说宇宙至少有100亿岁。

宇宙始于何时?将止于何时?这是宇宙留给人类最为神秘,也最难解释的谜题。虽然宇宙大爆炸说已经深入人心,人们已经默认了宇宙诞生于近140亿年前的一次大爆炸中,宇宙万物、星系、地球、生命都是在大爆炸之后逐渐形成的。然而,在这个理论出世之后,很多人也提出了另外一个问题:在宇宙大爆炸之前发生了什么?5月5日《科学》杂志上发表的一篇研究论文称解答了这个让科学家们为之争论不休的谜题。美国普林斯顿大学的波尔施泰恩加德和英国剑桥大学的尼尔图尔克这两名理论物理学家在这篇论文里共同提出了一个理论,即宇宙大爆炸发生了不止一次,宇宙一直经历着"生死轮回"的过程,而人们所认为的140亿年前的宇宙大爆炸并非宇宙诞生的绝对起点,那只是宇宙的一次新生。

谁让宇宙加速膨胀让科学家们注意到宇宙大爆炸不仅只有一次的是被科学家抛弃后又重新拾起的"宇宙常量"。所谓宇宙常量,是对真空中的能量的数学表述,并用希腊字母的第11个字母"拉姆达"表示,这种能量也被认为是神秘的"暗能量",而这种神秘能量正在让宇宙不断加速膨胀。

美国太空网5月8日对英美科学家这一研究的报道中称,当初爱因斯坦首次提出宇宙常量时,是想证明在宇宙间存在一种能量抗衡着星体间的重力作用,使得各星体不会因为相互的吸引而合到一起,最终让整个宇宙的物质都融合成一体,因此他也想证明宇宙是静止的,没有生长也没有萎缩。但没过多久,爱因斯坦就抛弃了这个理论,他称自己犯下了一生"最大的错误"。因为经他自己的广义相对论公式的计算,宇宙正在膨胀,而天文学家埃德温-哈勃经过观察也证实了宇宙确实在膨胀。

20世纪90年代末期,"拉姆达"被科学家们重新拾起,这时一些天文学家发现宇宙不仅仅在膨胀,而且速度正在加快,科学家们不知道是什么样的神秘力量导致了这一结果,于是"暗能量"这个词便产生了。并且科学家们认为"暗能量"就是宇宙常量"拉姆达",在宇宙大爆炸后"拉姆达"没有和重力"平分天下",保持宇宙的平衡。而是从重力手中夺权,使星体间越来越远,宇宙不断膨胀。

宇宙常量该有多大,这是宇宙大爆炸发生次数的关键。美英科学家波尔施泰恩加德和尼尔图尔克就是在对宇宙常量的大小计算中发现了宇宙大爆炸不应该只发生了一次。

科学界一直都试图解释的一个问题是为什么自然界中的那么多常量的值都是那么正好,刚好让生命存在。如果"拉姆达"太大,那么宇宙就会在大爆炸后立刻迅速膨胀并撑破,就像吹爆的气球,那么生命就不可能在百亿年后存在了。波尔教授在接受太空网的采访中说:"'拉姆达'的值是物理学中最神秘的事物之一。它让我们非常的迷惑。"甚至科学界出现了"人择原理",即宇宙常量恰当地选择了人类生存,而人类也恰好选择了在这样一个常量条件下出现,而人类又回头研究着为什么宇宙常量大小会刚好让人类生存。这听起来确实不可思议,尼尔教授称:"这简直太糟了,真的该被抛弃了。这个理论就是想说明人类永远不会了解宇宙的奥秘,这就是我们的生存之道。"

为了找到"人择原理"之外合理的解释,两位科学家利用宇宙大爆炸模型计算宇宙常量,但得到的结果要比实际观测到的宇宙常量大得多,是实际值的10的100次方倍,也就是根本不适合宇宙中的生命生存。宇宙常量的大小说到底还关系到人类的生存。因此波尔教授和尼尔教授认为在宇宙大爆炸后宇宙常量(也就是"暗能量")都会随着时间的推移而减弱。但是经过进一步的计算后,他们发现140亿年根本不够将爆炸后的值减弱的这个值。剑桥大学的尼尔教授说:"人们认为时间开始于那次大爆炸,但从没有一个合理的解释。而我们的推论看起来就非常的激进:在宇宙大爆炸之前是存在时间的。"

大爆炸不止一次发生宇宙年龄超乎科学家想象两位科学家的理论颠覆了人们的"常识",在人们常常猜想时间将止于何时的时候,他们又告诉了人们时间没有起点。既然"拉姆达"的值在近140亿年中减弱到这个适合生命存在的值,那么,两位科学家就想到了宇宙大爆炸也许发生了不止一次,每一次的大爆炸都让宇宙常量有所减弱。在产生了我们生活的这个宇宙之前,很可能是在万亿年中宇宙大爆炸发生了很多次。尼尔教授说:"我想,宇宙的年龄可能远远大于万亿年。时间没有开始,根据理论宇宙的年龄是无限大的,而宇宙范围也是无限大的。"

在2002年,这两位科学家就提出了宇宙进化经历着"生死循环"这个观点。宇宙就是在一次次大爆炸后重生,在每一次的"循环"中,宇宙都在膨胀中消耗原有的物质,在宇宙常量减弱的同时也产生了一些新的粒子,直到另一次的大爆炸到来,然后新的粒子又形成了新的物质、天体乃至生命。

如果这两位科学家的假设是正确的,那么下一次的大爆炸将在什么时候到来?尼尔教授说:"不论计算多么准确,人们都无法预料下一次大爆炸的时间,但可以说的是,下一次的大爆炸不会在之后的100亿年内发生。"

宇宙的年龄是如何测出来的

在南京地质博物馆,有一块来自加拿大的小石头。这块石头表面看上去黑黝黝的,暗淡无光。但科学家说,它是最古老的岩石。这块岩石是镁铁和超镁铁岩包裹体,经同位素测定,如果据这块岩石推测,地球年龄的下限大概在40亿岁。

和地球一样,宇宙中也有和宇宙差不多同龄的古老"恒星"。找到这种恒星,也差不多就可以知道宇宙年龄的下限,而这也被认为是测算宇宙年龄最基本的方法之一。

麦修萨拉是《圣经》里一位活到969岁的犹太族长的名字,是《圣经》中寿命最长的人。天文学家把最古老的星命名为"麦修萨拉"星。以下几颗最古老的恒星自本世纪以来相继被称为"麦修萨拉"星。

●2001年天文学家利用欧洲南方天文台的甚大望远镜,对一颗距离地球约1万光年、球状星团中编号为CS31082-001的恒星,进行了高精度光谱观测。根据光谱,第一次得到太阳系外天体的放射性同位素钍-232和铀-238(Uranium-238)含量之比,从而计算出该恒星的年龄是125亿岁。

●2007年,天文学家又用相同的办法,测得一颗距离地球7500光年、编号为HE 1523-0901的红巨星的年龄为132亿岁。

●宾西法尼亚州立大学的天文学家经过近10年的观测,于2013年2月公布找到一颗距离地球仅190光年、编号为HD 140283的亚巨星,其测定的年龄高达144.6亿岁,但误差有8亿岁。

以上这几颗最古老的恒星,根据它们的金属含量,都属于宇宙中的第2代恒星。


科学家利用望远镜观察最老的星球上的铀光谱,从而估计宇宙的年龄是一百二十五亿年。科学家对宇宙(Universe)的年龄有不同的估计,根据不同的宇宙学模型(cosmologicalmodels),科学家估计宇宙的年龄是介乎一百亿至一百六十亿之间;2001年科学家利用南欧洲天文台(EuropeanSouthernObservatory)的望远镜,观察一颗称CS31082-001的星球,量度星球上放射性(radioactive)同位素(isotope)铀-238(Uranium-238)的光谱(spectrum),从而计算出这星球的年龄是一百二十五亿年,这个估计的误差大约三十亿年,是亦即是说,宇宙的年龄至少有一百二十五亿年,这是科学家第一次量度太阳系(SolarSystem)以外铀含量的研究

科学家解释说,这个方法和在考古学(archaeology)上使用碳-14(Carbon-14)同位素量度物质的年龄一样,铀-238同位素的半衰期(half-life)是四十四亿五千万年;半衰期是放射性元素(element)自动蜕变成为其它元素,至它本身剩下一半时所需要的时间。

科学家指出,在宇宙开始时,大爆炸(BigBang)会产生氢(hydrogen)、氦(helium)和锂(lithium)等元素,而比较重的元素是在星球内部产生,当星球死亡时,含有重元素的物质会散布到周围的空间,然后和下一代个的星球结合;其实,地球上黄金(gold)也是从爆炸了的星球来。

因此,愈老的星球上的重元素,也会愈少,科学家认为,一些比较老的星球的重元素含量,只有太阳(Sun)的二百分之一。科学家曾经尝试利用钍-232(Thorium-232)同位素来估计宇宙的年龄,钍是一种放射性金属元素,与中子(neutron)接触时会引起核分裂,产生原子能源(atomicenergy),不过,的半衰期是一百四十亿五百万年,半衰期比较铀-238长,因此,估计的误差也比较大。

2006年8月7日出版的美国《科学》杂志刊载文章说,一个由天文学家组成的国际团队发表了一份最新报告称,宇宙的年龄可能比原先设想的还要早20亿年。科学家们已发现一个比原先预想还远15%的邻近星系,这意味着宇宙的年龄可能少估计了15%。但是另一些专家认为下结论还为时过早。

天文学家们通过观测一颗阶段性改变亮度的特殊行星,已经成功测定出许多遥远星系的相对距离。但是为了知道这些星系距离人们究竟有多少光年,科学家们需要直接计算银河系和一些星系之间的距离。这样的测量很难进行。多少年以来,唯一测量出的可信的距离是邻近的大麦哲伦星系,但是一些天文学家担心它不同寻常的化学构成会影响计算。

华盛顿卡耐基研究所的阿切斯特波南斯和他的同事已经在银河系的"邻居"三角座星系中观测到一颗正在逐渐暗淡的失色双星。这个系统中的两颗星星在它们的轨道上互相穿越,观测这两颗星星互相黯淡的过程让天文学家们可以忽略两颗星星的大小和它们释放的能量。比较观测到的亮度揭示了行星离地球的距离。

这个结果刊登在美国《天文物理期刊》上,它测算出三角座星系(同样被称为M33星)距离地球300万光年,比通常人们认为的260万光年远了15%,后者是通过其他非直接的技术测量得出的。如果300万年这个数据得到确定,新的距离暗示更远的星系都将比原先远15%,因为相对距离不会改变。而且因为宇宙的大小和年龄都以星系距离为基础,结果宇宙的年龄从137亿年增加到了157亿年。

德国科学家研究发现,宇宙深处的一个类星体上铁物质含量要远多于太阳系中任何一个星体。由于天体中铁物质的形成需要极漫长的时间,在与太阳系天体铁物质含量对比的基础上,科学家提出宇宙年龄可能大于此前人们的猜测。

马普学会地外物理学研究所和欧洲航天局的科学家们借助XMM-NEWTON空间射线望远镜对这一编号为"APM08279+5255"的类星体上所含成分进行分析发现,虽然该类星体中似乎并不存在氧元素等,但其铁物质含量大约是太阳系中单个星体的3倍左右。

科学家介绍说,根据现有认识,类星体及其所含铁物质是在宇宙大爆炸后15亿年左右才逐渐形成的,而天体中的铁物质是在宇宙中星体燃烧爆炸之后经过聚变反应后形成的,也就是说,某个天体上的铁物质只能在数十亿年时间内才逐渐积聚起来。现有研究认为,宇宙的年龄至少为125亿年,太阳系形成的时间约在90亿年前。因此,以太阳系天体中铁物质含量做对比,科学家认为这一新发现或者表明宇宙中存在一类人们迄今并无认识的富含铁物质的星体,或者表明宇宙年龄要大于此前的猜测。

据2013-03-22新华网消息:宇宙膨胀率的哈勃常数也被修正至67.15公里/(秒百万秒差距),即一个星系与地球的距离每增加一百万秒差距(一秒差距约为3.26光年)。

波南斯的团队已经做了"非常扎实的工作",美国加州卡内基天文台的宇宙学家温迪弗里德曼说,她从20世纪90年代就开始领导一项大型的哈勃太空望远镜来测定宇宙距离的范围。但是,她也认为,需要在一个星系中再找一对"黯淡的双星"来改变人们对于宇宙年龄的想法。

夕法尼亚州的维拉诺瓦大学的天体物理学家爱德华希安也同意这个观点。他开拓了在邻近大麦哲伦星系测试黯淡的双星技术。他说。只有一颗星来说明结论是远远不够的。同时,他还同样担心,波南斯团队使用了一颗闪亮的行星,而非黯淡的双星,因为他认为他们的理论模型还不是很扎实。"我的设想是三角座星系应该没有那样遥远,"他说,"它可能会再次向地球移动。"

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