宇宙现在多大了?
[编辑此段]年龄计算
宇宙的年龄是125亿年。
科学家使用望远镜观察最古老行星上的铀光谱,从而估计宇宙的年龄为1125亿年。科学家对宇宙的年龄有不同的估计。根据不同的宇宙学模型,科学家们估计宇宙的年龄在100亿到160亿年之间。2001年,科学家利用欧洲南方天文台的望远镜观测到一颗名为CS31082-001的行星。通过测量行星上的放射性同位素铀-238(铀-238)的光谱,计算出该行星的年龄为125亿年,这一估算的误差约为30亿年,也就是说,宇宙的年龄至少为125亿年。这是科学家第一次测量太阳系外的铀含量。
科学家解释说,这种方法和考古学中用碳-14同位素测量物质年龄一样,铀-238同位素的半衰期是44.5亿年。半衰期是一种放射性元素自动转变成其他元素,直到剩下一半的时间。
科学家指出,宇宙开始时,大爆炸会产生氢、氦、锂等元素,而较重的元素则在行星内部产生。当行星死亡时,含有重元素的物质会散落到周围空间,然后与下一代行星结合;事实上,地球上的黄金也来自爆炸的星球。
所以越老的星球,重元素会越少。科学家认为,一些较老的行星中的重元素含量只有太阳的百分之一。科学家试图通过钍-232同位素来估计宇宙的年龄。钍是放射性金属元素,与中子接触会引起核裂变,产生原子能。但是钍的半衰期是141.5亿年,比铀-238的半衰期长,所以估算误差比较大。
[编辑此段]年龄会增长。
2006年8月7日,美国《科学》杂志发表文章称,一个国际天文学家团队发表了一份新报告,称宇宙年龄可能比最初认为的要早20亿年。科学家发现了一个比最初预期远15%的邻近星系,这意味着宇宙的年龄可能被低估了15%。但是其他专家认为现在下结论还为时过早。
天文学家通过观测一颗亮度分阶段变化的特殊行星,成功测量了许多遥远星系的相对距离。但是为了知道这些星系距离人类有多少光年,科学家需要直接计算银河系和一些星系的距离。这种测量很难进行。多年来,唯一可靠的测量距离是附近的大麦哲伦云,但一些天文学家担心其不寻常的化学成分会影响计算。
现在,华盛顿卡内基研究所的切斯特·博南斯和他的同事们在银河系的“邻居”三角星系中观察到了一颗褪色的食双星。这个系统中的两颗恒星在轨道上相互交叉,观察两颗恒星相互变暗的过程可以让天文学家忽略两颗恒星的大小和它们释放的能量。对比观测到的亮度,就能看出这颗行星与地球的距离。
这一结果发表在《美国天体物理学杂志》上,估计三角星系(也称为M33)距离地球300万光年,比通常认为的260万光年远15%,这是通过其他间接技术测得的。如果300万年的数据得到证实,新的距离暗示着更远的星系会比原来远15%,因为相对距离不会改变。而且因为宇宙的大小和年龄是以星系间的距离为基础的,所以宇宙的年龄从654.38+03.7亿年增加到了654.38+05.7亿年。
[编辑此段]宇宙可能更老。
德国科学家发现,宇宙深处的一个类星体中的铁含量远远超过太阳系中的任何其他恒星。由于铁在天体中的形成需要非常长的时间,在与太阳系中天体中铁的含量进行比较的基础上,科学家们提出宇宙的年龄可能比人们此前的推测更古老。
来自马普地外物理研究所和欧洲航天局的科学家借助XMM-牛顿空间射线望远镜分析了这个编号为“APM08279+5255”的类星体的成分,发现虽然这个类星体中似乎不存在氧,但其铁含量约为太阳系中单颗恒星的三倍。
科学家表示,根据现有的知识,类星体及其含铁物质是在大爆炸后约654.38+0.5亿年逐渐形成的,天体中的铁物质是宇宙中恒星燃烧爆炸后的聚变反应形成的,也就是说,一个天体上的铁物质只能在数十亿年内逐渐积累。根据现有的研究,宇宙的年龄至少是654.38+025亿年,太阳系大约形成于90亿年前。因此,对比太阳系天体中的铁含量,科学家认为,这一新发现要么预示着宇宙中存在一种人们至今不知道的富含铁的恒星,要么预示着宇宙的年龄比此前推测的更古老。
类星体是宇宙中体积相对较小但能量巨大的一类天体。这种天体在一般光学观测中类似于恒星,但在光谱观测中其谱线有很大的红移,与恒星不同,故称类星体。中国科学家蔡星宇曾推测宇宙至少有1亿岁。
[编辑本段]决心
美国加州卡内基天文台的宇宙学家温迪·弗里德曼(Wendy Friedman)说,博南斯的团队做了“非常扎实的工作”。自20世纪90年代以来,她一直领导着大型哈勃太空望远镜测量宇宙距离的范围。不过,她也认为,有必要在一个星系中再找到一对“暗淡双星”,以改变人们目前对宇宙年龄的想法。
弗吉尼亚州维拉诺瓦大学的天体物理学家爱德华·沙扬同意这一观点。他开创了在邻近的大麦哲伦星系测试暗淡双星的技术。他说。仅有一颗星来解释结论是不够的。同时,他也担心博南斯团队使用了一颗闪亮的行星,而不是一颗昏暗的双星,因为他认为他们的理论模型不是很坚实。“我的假设是三角星系应该不会太远,”他说。“它可能会再次移向地球。”
[编辑此段]研究理论
宇宙是什么时候开始的?什么时候会结束?这是宇宙留给人类的最神秘、最难解开的谜题。虽然大爆炸理论已经深入人心,但人们已经默认宇宙诞生于近6543.8+04亿年前的大爆炸,宇宙、星系、地球、生命的一切都是在大爆炸后逐渐形成的。然而,在这个理论诞生之后,很多人也提出了另一个问题:BIGBANG之前发生了什么?5月5日,发表在《科学》杂志上的一篇研究论文声称已经解决了科学家们正在争论的难题。美国普林斯顿大学的玻尔·斯坦加德(Bohr Steingard)和英国剑桥大学的尼尔·特克(Neil Turk)在这篇论文中共同提出了一个理论,即大爆炸不止一次发生,宇宙一直在经历“重生”的过程,人们认为654.38+04亿年前的大爆炸并不是宇宙诞生的绝对起点,而只是宇宙的一次重生。
是谁加速了宇宙的膨胀让科学家们注意到BIGBANG不仅是一个被科学家抛弃的“宇宙常数”而且又被重新拾起。所谓宇宙常数是真空中能量的数学表达式,用希腊字母表的11字母表示。这种能量也被认为是神秘的“暗能量”,这种神秘的能量正在加速宇宙的膨胀。
美国太空网在5月8日英美科学家关于这项研究的报道中说,爱因斯坦最初提出宇宙常数时,想证明宇宙中存在一种能量来抵消恒星之间的引力,使恒星不会相互吸引,最终整个宇宙会融为一体,所以他也想证明宇宙是静止的,没有增长也没有收缩。但没过多久,爱因斯坦就放弃了这个理论,称自己犯了一生中“最大的错误”。因为宇宙是按照他自己的广义相对论公式在膨胀的,而天文学家埃德温·哈勃已经通过观测证实了宇宙确实在膨胀。
20世纪90年代末,“拉姆达”再次被科学家们拿起。这时,一些天文学家发现,宇宙不仅在膨胀,而且在加速膨胀。科学家不知道是什么神秘的力量导致了这一结果,于是“暗能量”一词应运而生。而科学家认为“暗能量”就是宇宙常数“拉姆达”。BIGBANG之后的“拉姆达”并没有用引力来分享世界以保持宇宙的平衡,而是从引力中夺取了权力,使得恒星越来越远,宇宙膨胀。
宇宙常数应该是几何的
宇宙常数应该有多大?这是大爆炸发生次数的关键。美国和英国科学家波尔·斯坦加德和尼尔·特克发现,在宇宙常数大小的计算中,大爆炸不应该只发生一次。
科学界一直试图解释的一个问题是,为什么自然界这么多常数的值都刚刚好,正好让生命存在。如果“拉姆达”太大,那么宇宙会在大爆炸后立即膨胀破裂,就像一个被吹大的气球,那么一百亿年后生命将不复存在。玻尔教授在接受太空网采访时说:“‘λ’的数值是物理学中最神秘的东西之一。这让我们非常困惑。”甚至科学界也出现了“人择原理”,即宇宙常数恰当地选择了人类生存,而人类恰恰选择了在这样的常数条件下出现,人类回去研究为什么宇宙常数大小恰好允许人类生存。这听起来真的不可思议。尼尔教授说:“这简直太糟糕了,真的应该被抛弃。这个理论是为了说明人类永远无法理解宇宙的奥秘,这是我们的生存之道。”
为了找到超越“人择原理”的合理解释,两位科学家使用BIGBANG模型计算宇宙常数,结果却比实际观测到的宇宙常数大得多,是实际值的100倍,也就是根本不适合宇宙中存在生命。宇宙常数的大小说,还是关系到人类的生存。所以玻尔教授和尼尔教授认为宇宙常数(也就是“暗能量”)会在BIGBANG之后随着时间的推移而减弱。但他们进一步计算后发现,6543.8+04亿年不足以将爆炸后的值削弱到现在的值。剑桥大学的尼尔教授说:“人们认为时间是从那个大爆炸开始的,但一直没有一个合理的解释。而我们的推断似乎非常激进:大爆炸之前就有时间。”
大爆炸不止一次发生,宇宙的年龄超出了科学家的想象。两位科学家的理论颠覆了人们的“常识”。当人们经常想知道时间何时结束时,他们告诉人们时间没有开始。由于“拉姆达”的值在近6543.8+04亿年间减弱到目前适合生命存在的值,两位科学家认为大爆炸可能发生过不止一次,每一次大爆炸都削弱了宇宙常数。在我们现在所处的宇宙形成之前,它很可能在万亿年的大爆炸中发生过多次。尼尔教授说:“我认为宇宙的年龄可能远大于一万亿年。时间没有起点。根据理论,宇宙的年龄是无限的,宇宙的范围也是无限的。”
2002年,这两位科学家提出了宇宙的演化正在经历“生死轮回”的观点。宇宙在大爆炸后一次又一次地诞生。在每一次“轮回”中,宇宙在膨胀中消耗了原有的物质,在宇宙常数减弱的同时又产生了一些新的粒子,直到另一次大爆炸来临,然后新的粒子形成了新的物质、天体甚至生命。
如果这两位科学家的假设是正确的,那么下一次大爆炸会在什么时候到来?尼尔教授说:“无论计算多么精确,人们都无法预测下一次大爆炸的时间,但可以说,下一次大爆炸不会在未来6543.8+000亿年内发生。”