宇宙年龄测量法
提示:点击上方"您的公众号名称"↑免费订阅本微信推广平台
在宇宙学上,有多条线索表明宇宙诞生于138亿年前。这些线索中,有两条线索最能说明问题,而其中一条尤为明显。 这条“最佳”线索的依据,是今天宇宙的扩张和冷却,以及它炽热致密的过往。如果追溯到很久以前,我们就会发现宇宙的体积很小,不但宇宙中所有物质都紧密地聚集在一起,而且宇宙中所有光子的波长也很短。这些光子的波长,是在经历了宇宙的持续膨胀后,才拉伸到了今天的水平。 光子的温度和它拥有的能量,是由波长决定的,波长较短的光子拥有更大的能量和更高的温度。所以假如我们在时间上不停地追溯,宇宙的温度就会越来越高,直至大爆炸的“最早阶段”。 假如我们无限制地追溯,那就会倒退回一个所有物理定律失效的“奇点”。而根据现代宇宙学对极早期宇宙的认识,在炽热致密的大爆炸之前,还存在着一个暴胀阶段,而这个暴胀阶段持续的时间是不明确的。 所以,当我们讨论“宇宙的年龄”时,我们讨论的实际上是从炽热的大爆炸的最早阶段开始到今天所经历的时间。 Bock等 我们这个宇宙拥有这样几个特点:在最大尺度上,它的密度是均匀的;宇宙各处的物理定律和一般特性是相同的;无论哪个方向的宇宙都是相似的;宇宙各处都是由大爆炸瞬间产生的。 因此,根据广义相对论,在宇宙的年龄和宇宙的膨胀过程间,存在着独特的联系。 换句话说,如果我们能够测量出宇宙今天的膨胀方式,以及宇宙在它整个发展史上的膨胀方式,我们就能够确切地获知宇宙是由哪些不同的成分构成的。 ESA / 哈勃 / NASA 我们需要直接测量宇宙天体的亮度和距离,如恒星、星系和超新星,来建立宇宙距离的标杆。
斯隆数字化巡天 我们需要测量宇宙的大尺度结构——星系团,以及重子声学振荡。 ESA / 普朗克 我们还需要测量宇宙诞生只有38万年时的“快照”——宇宙微波背景中的起伏。 综合这一切,我们就能够获知今天宇宙的构成。它们是68%的暗能量,27%的暗物质,4.9%的普通物质,大约0.1%的中微子,大约0.01%的辐射。几乎没有别的。 如果再把宇宙今天膨胀的方式考虑进去,我们就能够推断出过去宇宙的构成,获知宇宙的整个膨胀史,最终获知它的年龄。 这个数字结果的最精确版本来自普朗克探测器,此外还有来自超新星测量、哈勃空间望远镜重点项目、斯隆数字化巡天等多个方面的补充——最终表明宇宙诞生于138.1亿年前,误差仅为1.2亿年。这意味着我们测得的宇宙年龄精确度高达99.1%,这个成果确实令人讶异。 有多个不同的数据集指向这个结论,但实际上它们所采用的方式是相似的。所有这一切能够汇集在一起,只是因为我们的侥幸。每一个单独方面,都不足以说“这就是我们宇宙实际的样子”。恰恰相反,它们所提供的,只是各种各样的可能性。只有当它们产生交集时,才能够告诉我们身在何方。 假如我们今天的宇宙拥有和当前相同的特点,但100%是普通物质,没有暗物质和暗能量,那宇宙的年龄可能只有100亿岁。如果普通物质比例是5%(没有暗物质或暗能量),如果哈勃常数是50km/s/Mpc,而非将近70km/s/Mpc,那我们的宇宙的年龄将高达160亿岁。结合我们今天所知的一切,我们可以自信地宣称,宇宙诞生于138.1亿年前,而且这个数字的不确定性相当小。这是科学取得的一个不可思议的成就。 这是个合理的方法,也是主要的方法和最好的方法、最完善的方法,它拥有大量不同的证据,来指向同一个结论。但是除此之外,还有一个方法。
Joel D. Hartman / 普林斯顿大学 我们知道,恒星的诞生、燃烧和死去,都会消耗燃料。而在它们最主要的燃料消耗过程中(氢聚变为氦),会拥有特定的亮度和色彩,而且这种特定的亮度和色彩又会持续特定长的时间,直至它们的内核燃料耗尽。 这一阶段结束后,较亮、较蓝和较大的恒星将逐渐离开主序阶段,转变为巨星,甚至超巨星。 如果我们知道恒星的运行机制,那么只要观察星团内那些几乎同时形成的恒星离开主序的时间点,就能获知这个星团内恒星的年龄。在那些星系外围的古老球状星团中,那些缺乏重元素的恒星,那些离开主序的质量最低的恒星,年龄几乎都在132亿岁左右。(这里会有大约十亿年左右的误差。)
ESA / 哈勃 / NASA 在这些恒星中,120亿岁的还是比较常见的,但是却从未听说过有140亿岁的。虽然在1990年代,曾经有一段时间有人宣称发现了140-160亿岁的恒星,但是对恒星演化机制的进一步了解已经使这些数字站不住脚。 总而言之,我们至少有两种方法——一种从宇宙的发展史,一种通过测量身边的恒星——可以测量宇宙的年龄。宇宙的年龄在130亿至140亿岁之间。
|
这就是Apple Car原型车?最早201…
太阳的闪光谱
温情画面:黑猩猩幼崽和妈妈在一…
9号螳螂,名副其实
完全看不出来是电动车!
SDO拍摄的巨大日珥
香港上空的奇异云
成为可穿戴设备入门用户 需要掌握…
罗汉鱼,我只为你绽放
日本成功发射天文卫星, 日本的航…
网友随机张贴的图片修改,看起来…
-摄影师必知的色彩基础知识!!!
会上树(架)的鸭子,不用赶
天鵝座A的光
这份工作,只有妈妈能胜任!一组…
密码正确 手机连不上wifi怎么办
连成年人都无法抵挡它的魅力,更…
法国天文学家缩小范围搜寻第九大…
心情不好的话就一起来看看眼镜猴…
八大最失败的科技数码产品,你造…
连成年人都无法抵挡它的魅力,更…
为什么十五的月亮十六圆?
竟然还有这么走心的设计,太牛了…
这些手机常识,你知道吗?
鸟儿会鸣唱是天生的吗?