宇宙
年齡(universe,age of)宇宙從某個特定時刻到現(xiàn)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(wěn)恒態(tài)模型等,宇宙年齡沒有
意義。在通常的演化的宇宙模型里,
宇宙年齡指宇宙標(biāo)度因子為零起到現(xiàn)在時刻的時間間隔。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(jù)大爆炸宇宙模型推算,宇宙年齡大約200億年。
宇宙年齡為一百二十五億年
科學(xué)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(xué)家對宇宙(Universe)的年齡有不同的
估計,根據(jù)不同的宇宙學(xué)模型(cosmologicalmodels),科學(xué)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(xué)家利用南歐洲
天文臺(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(xué)家第一次量度太陽系(SolarSystem)以外鈾含量的
研究。
科學(xué)家
解釋說,這個方法和在考古學(xué)(archaeology)上使用碳-14(Carbon-14)同位素量度物質(zhì)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。
科學(xué)家指出,在宇宙開始時,大爆炸(BigBang)會產(chǎn)生氫(hydrogen)、氦(helium)和鋰(lithium)等元素,而比較重的元素是在星球內(nèi)部產(chǎn)生,當(dāng)星球死亡時,含有重元素的物質(zhì)會散布到周圍的空間,然后和下一代個的星球結(jié)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(xué)家認為,一些比較老的星球的重元素含量,只有太陽(Sun)的二百分之一。科學(xué)家曾經(jīng)嘗試?yán)免Q-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(chǎn)生原子能源(atomicenergy),不過,釷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。
2006年8月7日出版的美國《科學(xué)》雜志刊載文章說,一個由天文學(xué)家組成的國際團隊發(fā)表了一份最新報告稱,宇宙的年齡可能比原先設(shè)想的還要早20億年??茖W(xué)家們已發(fā)現(xiàn)一個比原先預(yù)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現(xiàn)在下結(jié)論還為時過早。
天文學(xué)家們通過觀測一顆階段性改變亮度的特殊行星,已經(jīng)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(xué)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。多少前以來,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(xué)家擔(dān)心它不同尋常的化學(xué)構(gòu)成會影響計算。
現(xiàn)在,華盛頓卡耐基研究所的阿切斯特·波南斯和他的同事已經(jīng)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(tǒng)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(xué)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(jié)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%,后者是通過其他非直接的技術(shù)測量得出的。如果300萬年這個數(shù)據(jù)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(chǔ),結(jié)果宇宙的年齡從137億年增加到了157億年。
宇宙年齡可能更長
德國科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),宇宙深處的一個類星體上鐵物質(zhì)含量要遠多于太陽系中任何一個星體。由于天體中鐵物質(zhì)的形成需要極漫長的時間,在與太陽系天體鐵物質(zhì)含量對比的基礎(chǔ)上,科學(xué)家提出宇宙年齡可能大于此前人們的猜測。
馬普學(xué)會地外物理學(xué)研究所和歐洲航天局的科學(xué)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(fā)現(xiàn),雖然該類星體中似乎并不存在氧元素等,但其鐵物質(zhì)含量大約是太陽系中單個星體的3倍左右。
科學(xué)家介紹說,根據(jù)現(xiàn)有認識,類星體及其所含鐵物質(zhì)是在
宇宙大爆炸后15億年左右才逐漸形成的,而天體中的鐵物質(zhì)是在宇宙中星體燃燒爆炸之后經(jīng)過聚變反應(yīng)后形成的,也就是說,某個天體上的鐵物質(zhì)只能在數(shù)十億年時間內(nèi)才逐漸積聚起來?,F(xiàn)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(zhì)含量做對比,科學(xué)家認為這一新發(fā)現(xiàn)或者表明宇宙中存在一類人們迄今并無認識的富含鐵物質(zhì)的星體,或者表明宇宙年齡要大于此前的猜測。
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(xué)觀測中類似
恒星,但在分光觀測中,它的譜線具有很大的紅移,與恒星并不相同,因此被稱為類星體。中國學(xué)家蔡星宇曾推測說宇宙至少有一億歲。
波南斯的團隊已經(jīng)做了“非常扎實的工作”,美國加州卡內(nèi)基天文臺的宇宙學(xué)家溫迪·弗里德曼說,她從20世紀(jì)90年代就開始領(lǐng)導(dǎo)一項大型的
哈勃太空望遠鏡來測定宇宙距離的范圍。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?nèi)藗儸F(xiàn)在對于宇宙年齡的想法。
夕法尼亞州的維拉諾瓦大學(xué)的天體物理學(xué)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(shù)。他說。只有一顆星來說明結(jié)論是遠遠不夠的。同時,他還同樣擔(dān)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。“我的設(shè)想是三角座星系應(yīng)該沒有那樣遙遠,”他說,“它可能會再次向地球移動。”
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。雖然宇宙大爆炸說已經(jīng)深入人心,人們已經(jīng)默認了宇宙誕生于近140億年前的一次大爆炸中,宇宙萬物、星系、地球、生命都是在大爆炸之后逐漸形成的。然而,在這個理論出世之后,很多人也提出了另外一個問題:在宇宙大爆炸之前發(fā)生了什么?5月5日《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇研究論文稱解答了這個讓科學(xué)家們?yōu)橹疇幷摬恍莸闹i題。美國普林斯頓大學(xué)的波爾·施泰恩加德和英國
劍橋大學(xué)的尼爾·圖爾克這兩名理論物理學(xué)家在這篇論文里共同提出了一個理論,即宇宙大爆炸發(fā)生了不止一次,宇宙一直經(jīng)歷著“生死輪回”的過程,而人們所認為的140億年前的宇宙大爆炸并非宇宙誕生的絕對起點,那只是宇宙的一次新生。
誰讓宇宙加速膨脹讓科學(xué)家們注意到宇宙大爆炸不僅只有一次的是被科學(xué)家拋棄后又重新拾起的“宇宙常量”。所謂宇宙常量,是對真空中的能量的數(shù)學(xué)表述,并用希臘字母的第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(wǎng)5月8日對英美科學(xué)家這一研究的報道中稱,當(dāng)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(zhì)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(jīng)他自己的
廣義相對論公式的計算,宇宙正在膨脹,而天文學(xué)家埃德溫-哈勃經(jīng)過觀察也證實了宇宙確實在膨脹。
20世紀(jì)90年代末期,“拉姆達”被科學(xué)家們重新拾起,這時一些天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙不僅僅在膨脹,而且速度正在加快,科學(xué)家們不知道是什么樣的神秘力量導(dǎo)致了這一結(jié)果,于是“暗能量”這個詞便產(chǎn)生了。并且科學(xué)家們認為“暗能量”就是宇宙常量“拉姆達”,在宇宙大爆炸后“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(quán),使星體間越來越遠,宇宙不斷膨脹。
宇宙常量應(yīng)該幾何
宇宙常量該有多大,這是宇宙大爆炸發(fā)生次數(shù)的關(guān)鍵。美英科學(xué)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(fā)現(xiàn)了宇宙大爆炸不應(yīng)該只發(fā)生了一次。
科學(xué)界一直都試圖解釋的一個問題是為什么自然界中的那么多常量的值都是那么正好,剛好讓生命存在。如果“拉姆達”太大,那么宇宙就會在大爆炸后立刻迅速膨脹并撐破,就像吹爆的氣球,那么生命就不可能在百億年后存在了。波爾教授在接受太空網(wǎng)的采訪中說:“‘拉姆達’的值是物理學(xué)中最神秘的事物之一。它讓我們非常的迷惑。”甚至科學(xué)界出現(xiàn)了“人擇原理”,即宇宙常量恰當(dāng)?shù)剡x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(xiàn),而人類又回頭研究著為什么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(xué)家利用宇宙
大爆炸模型計算宇宙常量,但得到的結(jié)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,也就是根本不適合現(xiàn)在宇宙中的生命生存。宇宙常量的大小說到底還關(guān)系到人類的生存。因此波爾教授和尼爾教授認為在宇宙大爆炸后宇宙常量(也就是“暗能量”)都會隨著時間的推移而減弱。但是經(jīng)過進一步的計算后,他們發(fā)現(xiàn)140億年根本不夠?qū)⒈ê蟮闹禍p弱的現(xiàn)在這個值。劍橋大學(xué)的尼爾教授說:“人們認為時間開始于那次大爆炸,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:在宇宙大爆炸之前是存在時間的。”
大爆炸不止一次發(fā)生宇宙年齡超乎科學(xué)家想象兩位科學(xué)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140億年中減弱到現(xiàn)在這個適合生命存在的值,那么,兩位科學(xué)家就想到了宇宙大爆炸也許發(fā)生了不止一次,每一次的大爆炸都讓宇宙常量有所減弱。在產(chǎn)生了現(xiàn)在我們生活的這個宇宙之前,很可能是在萬億年中宇宙大爆炸發(fā)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(jù)理論宇宙的年齡是無限大的,而宇宙范圍也是無限大的。”
在2002年,這兩位科學(xué)家就提出了宇宙進化經(jīng)歷著“生死輪回”這個觀點。宇宙就是在一次次大爆炸后重生,在每一次的“輪回”中,宇宙都在膨脹中消耗原有的物質(zhì),在宇宙常量減弱的同時也產(chǎn)生了一些新的粒子,直到另一次的大爆炸到來,然后新的粒子又形成了新的物質(zhì)、天體乃至生命。
如果這兩位科學(xué)家的假設(shè)是正確的,那么下一次的大爆炸將在什么時候到來?尼爾教授說:“不論計算多么準(zhǔn)確,人們都無法預(yù)料下一次大爆炸的時間,但可以說的是,下一次的大爆炸不會在之后的100億年內(nèi)發(fā)生。”