宇宙的壽命是138億年,這是如何推算出來的?

小白buyiyu


愛因斯坦在發佈廣義相對論後,在利用廣義相對論在描繪宇宙時,發現宇宙要不是在膨脹就是在收縮,愛因斯坦為了使方程與人們一直認為的靜態宇宙模型相匹配,於是就加入了一個“宇宙常數”。

圖:


埃德溫·鮑威爾·哈勃

1929年,美國天文學家埃德溫·哈勃通過觀測河外星系發現,離銀河系越遠的星系離開我們的速度就越快。也就是說,在遙遠的過去這些星系物質可能是緊密的靠在一起的,這個結論直接推導出“宇宙大爆炸模型”。愛因斯坦也因此承認:宇宙常數是他一生中犯的最大的錯誤。

圖:宇宙大爆炸模型



通過進一步的觀測發現,這些星系遠離我們的速度與離我們的距離是成正比的:

其中v是遠離的速率,一般表示為km/s。H0是哈勃常數,D是星系的距離,以百萬秒差距為單位。

可以通過觀測星系的紅移值就可以推算出它遠離地球的速度,就能根據這個速度推導出哈勃常數,然後根據哈勃常數以及減速參數等推導出宇宙的過去和未來可能的命運。



由於哈勃常數是一個觀測值,它的值受觀測精度和觀測到的數據量的影響。隨著人類觀測手段的進步,這個值會越來越精準。

根據哈勃太空望遠鏡的觀測,推算出宇宙目前的年齡為137.98 ± 0.37億年。


講科學堂


首先,不是宇宙的壽命是138億年,而是宇宙的年齡。至於宇宙年齡是如何得到的,最簡單的方法可以通過哈勃常數來計算。

早前的大多數人認為宇宙已經存在了無限長的時間,並且保持穩恆的狀態。到了二十世紀初,哈勃的一系列發現徹底改變了人們對宇宙的認識。首先,哈勃發現了河外星系的存在。其次,哈勃還發現宇宙中的星系幾乎都在遠離銀河系,並且遠離速度和距離成正比,這就是著名的哈勃定律。

哈勃定律表明,宇宙正在膨脹變大,而非一直處於穩恆態。這意味著過去的宇宙要比現在小得多,宇宙存在一個時間開端,根據哈勃定律可以計算出宇宙的誕生時間:

V=H·D

上式中V表示星系遠離銀河系的速度,D表示星系與銀河系的距離,H表示哈勃常數。

通過測量各種星系的遠離速度及其對應距離,可以得到比例係數哈勃常數。不過,哈勃常數難以精確測量出來,不同方法的測定結果有所出入。這裡以最近剛剛利用重子聲學振盪法測出的哈勃常數為準:67.77±1.30 (km/s)/Mpc。那麼,具體如何計算宇宙的年齡呢?

對於一個距離銀河系非常遙遠的星系,假設它從宇宙誕生之初(星系在很早就已經形成)就以恆定的速度在遠離銀河系,那麼,它的退行速度又可以由下式計算出來:

V=D/t

變化一下形式:

t=D/V

上式中的t可近似認為是宇宙的年齡。然後再把哈勃定律代入上式可得:

t=1/H

也就是說,宇宙年齡等於哈勃常數的倒數。代入哈勃常數67.77 (km/s)/Mpc,可以計算出宇宙的年齡約為144億年。

利用哈勃常數只能做個大致估算,因為宇宙的膨脹速度並非一直保持相同,過去在減速膨脹,現在加速膨脹,這導致過去的哈勃常數與現在其實是不完全相等的。

為了較為準確地計算出宇宙的年齡,需要使用Λ-冷暗物質(ΛCDM)模型,相應的計算公式如下:

上述參數可由普朗克衛星測定出來,由此可以計算出宇宙的年齡為137.99±0.21億年。

另外,利用Λ-冷暗物質模型,還能得到可觀測宇宙的大小:

通過觀測數據結合上述模型,可以計算出可觀測宇宙的半徑約為28.5 Gpc,即465億光年。


火星一號


宇宙的壽命會是多少年,這個沒人能夠知道。但宇宙已經存在了多久,可以估算,目前科學家通過普朗克等衛星對宇宙微波背景輻射的全天空觀測,通過數據計算得到宇宙已有年齡約是138億年。

由於宇宙在大尺度上是均勻的,也就是在幾億光年以上的尺度是均勻和各項同性的,所以一度天文學家們都認為宇宙是一個樣子的,稱為恆溫態宇宙模型,像愛因斯坦也一度認為宇宙是永恆穩定的,從而在廣義相對論中加入常數來獲得恆溫態宇宙模型。

但在1920年以後,人們對宇宙的觀測發現,絕對大部分星系的吸收線紅移,這意味著星系正在遠離我們而去。在1929年,哈勃提出了星系退行速度和距離成比例,這就是哈勃定律。愛因斯坦在和哈勃會面以後,對自己杜撰的這個宇宙常數後悔不已,稱是自己所犯的最大錯誤。

宇宙膨脹的事實是大爆炸理論的重要觀測證據,哈勃定律表明星系間相互遠離的持續時間是相同的,通過哈勃時間可以計算出宇宙的年齡,所以對宇宙年齡的測定,重點在於對哈勃常數的精確獲得。隨著威爾金森,普朗克等巡天衛星的發射,科學家獲得宇宙最古老輻射的分佈圖,可以精確計算哈勃常數。通過普朗克衛星得到的宇宙學參數,計算出的宇宙年齡是138.1億年。


量子實驗室


〇依據哈勃定律,通過人類目前觀測技術探測到的空間範圍及獲得的數據,而建立起來的大爆炸理論推定:現今人們所能觀測到的不斷膨脹的“天體物能總和”,誕生於138.2億年前(最新數字)。哈勃常數是一個觀測值,受觀測精度和觀測數據量的影響。人類觀測手段的不斷進步,這個數值將更加精確(此前的測算為137億年前)。

〇人類的歷史只有幾十萬年,文明史不過數千年。以目前人類的觀測能力及認知水準,就對宇宙的產生動因及時間空間範圍,作出最終“結論”顯然是不適宜的,也是不可能的。宇宙是無止境的,人類的認知也是無止境的。

〇對於人類目前所觀察到的“天體物能總和”應定義為“大爆炸雲”。它僅是宇宙的一部分,而不是宇宙的全部及終極,反映的是人類目前對宇宙的觀測範圍及認知水準。

〇大爆炸理論尚停留在“科學假說”階段,尚不是嚴謹的、可驗證的、真正的科學理論。科學不僅是解釋“是什麼”的問題,更重要的是解決“為什麼”的問題。大爆炸理論要成為人們信服的、真正的科學理論,必須要向它問為什麼?

〇奇點究竟是什麼?是什麼引發了奇點大爆炸?奇點之前是什麼?奇點之外有什麼?奇點遵循什麼規律?奇點真的是天體物能爆炸的起始點嗎?目前人類觀察到的最大空間範圍為960億光年(大爆炸雲空間範圍)。“大爆炸雲”究竟有多大”?“大爆炸雲”之外有什麼?這些都是人類未來宇宙學要解釋或回答的問題。

下圖人頭像為美國天文學家埃德溫.哈勃。



趙凡丁201



在宇宙膨脹被埃德溫.哈勃發現之前科學家們一直以為宇宙是靜態的,甚至連愛因斯坦也在理論中加入了宇宙常數的概念來維持宇宙的靜態模型,當時人們普遍沒有想到宇宙會有一個開端。

1929年美國天文學家埃德溫.哈勃用當時最大的威爾遜山望遠鏡觀測宇宙,當他分析觀測星系光譜時卻發現大部分星系都在離我們遠去,也就是說宇宙空間整體處於膨脹之中,哈勃還根據星系退行的速度得到了哈勃常數,從而計算出了宇宙的年齡。



宇宙的年齡其實很好理解,因為宇宙膨脹是存在一個速度的,而星系退行的同時也就產生了距離,當這個速度被精確測定出來的時候,簡單的計算就能得出宇宙的年齡,早期由於觀測手段的限制,人們計算出的宇宙年齡一度逼近200億年,後來技術的發展讓科學家獲得了越來越精確的哈勃常數,現在位置宇宙的年齡是138.2億年。

未來隨著觀測手段的進一步提升,宇宙的年齡也會進一步的精確,而人類在認識宇宙的過程中也意識到宇宙不但有個開始,而且還會有一個結束。

現在我們知道宇宙由於暗能量的原因在加速膨脹,但這種膨脹如果無休止的進行下去,我們的宇宙物質密度就會越來越低,慢慢的宇宙中的所有原子都會被撕裂,科學家們把這種宇宙結局成為大撕裂。


宇宙探索未解之迷


簡單的說,知道宇宙的年齡就是靠理論加上實際的觀測結果。1929年,天文學家哈勃發現了河外星系在遠離我們,且距離的越遠遠離的速度就越快,並給出了速度與距離的比值,符號是K,後來改為哈勃常數,符號是H。

哈勃常數的大小就代表著宇宙膨脹的快慢,另外,大爆炸宇宙模型已經建立,科學家知道宇宙最初是熾熱的、密度溫度極高的純能量,之後進入到了核合成階段,直到大爆炸30萬年後,宇宙中的第一批原子才開始誕生,而直到大爆炸後的38萬年,宇宙才有了第一縷光線,這個光線一直保留到現在就是現在觀測到的宇宙微波背景輻射,它反映著嬰兒時期的宇宙的圖景。

為了繪製更加精確的宇宙微波背景輻射圖,科學家發射了數個探測衛星,直到2013年,根據各個衛星的觀測數據,歐空局發佈了迄今為止最為精確的宇宙微波背景輻射圖:

結合之前已有的理論,以及修正過的哈勃常數,最為精確的宇宙年齡出爐了,這些數據套入下面的公式中,宇宙的年齡就是138.2億歲。

其中,z是紅移值,H是哈勃常數,以及其它的一些宇宙參數。

個人淺見,歡迎評論!


一枚遊戲科幻迷


哪是神馬推算。

就是一個臆斷。

精細結構常數。

約等於137。

也有說137億年的。

137再加點不就是138嘛。

它表示電子運動速度和光速的比值。

所謂的物理學大伽。

就這麼樣的神。

唯心主義橫行。

由此可見——

現代物理學前景暗淡。

原因之所在……

可悲可嘆。

可歌可泣。


匡夫


天文科學家的觀測數據被其他多數科學家認可後得以傳插,民眾只是分別按自已學歷,學識,經驗等等選擇性接受,從而成為自己的知識。

但是,知識是有時效的,舊的,錯的去了,新的,相對正確的來了,這個也不會停止。


養賢


現在只能接收到138億光年範圍內的光源?新的遙遠光源會不會隨時間增長而逐年增加?


人在旅途70698


所謂宇宙的年齡和大小都只是人們基於目前認識的推測。因為哈勃望遠鏡發現所有天體都在遠離我們,星體的距離可以通過各種手段測出來,這個遠離的速度可以根據哈勃紅移算出來。人們就據此推算這些星體都是由一個奇點膨脹而來,並且根據這個距離和速度可以算出從奇點膨脹到現在所需要的時間。但是這裡有一個前提,那就是宇宙是均勻膨脹的,始終以這個速度膨脹的,否則用現在的膨脹速度和距離推測經歷時間就沒有意義了。畢竟我們對於宇宙的觀測才僅僅幾十年,而宇宙卻至少一百多億年曆史。然而這個前提卻是有問題的,也許宇宙膨脹的速度是逐漸減少的,那麼宇宙的年齡就明顯低估了。也許宇宙膨脹速度是逐漸增大的,那麼宇宙年齡就是明顯高估了。也許宇宙現在在膨脹,過一段時間就要收縮,一直在膨脹收縮中循環,那麼用這種方法計算宇宙年齡就是完全錯誤的。也許在我們這一片星宇空間在膨脹,其他地方空間卻是在收縮。

在一個學校的大操場上,許多孩子們在玩各種遊戲。有的孩子在玩捉迷藏,有的在玩賽跑,有的在玩丟手絹。有這麼一群孩子所在玩點炮仗,一個孩子在人群中小心地點炮焾,其餘孩子圍著他看。突然炮仗點著立刻炸響了,孩子們四散而逃。整個過程也就十幾秒的時間,但是對於這個空間的一個微觀文明來說,它們的時間感覺中,卻是幾十億年的時間。它們的文明也僅僅存在了幾十萬年時間,對於空間的觀測也就幾十年的時間。這幾十年的觀測中,它們發現它們周圍的巨大存在無一不在遠離它們。於是它們得出結論,它們生存的這個宇宙在不斷膨脹,而且還根據孩子們奔跑速度,算出了宇宙誕生的時間。


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