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宇宙138亿年的年龄,到底是怎么算出来的?

你有没有在无数科普里见过这句话,宇宙诞生于138亿年前的大爆炸。可是人类连太阳系都没飞出去,连地球的年龄都花了上百年才搞

你有没有在无数科普里见过这句话,宇宙诞生于138亿年前的大爆炸。可是人类连太阳系都没飞出去,连地球的年龄都花了上百年才搞明白,怎么能算出浩瀚宇宙的年纪?难道是科学家拍脑袋编的?

当然不是。这138亿年的数字是天文学家靠着实打实的观测数据,用三套独立方法交叉验证得出的结论,每一步都经得起推敲。计算宇宙年龄最核心的思路,一切都从1929年哈勃的颠覆性发现说起。当时哈勃观测到一个惊人现象,几乎所有星系都在远离我们,而且离得越远,跑的速度越快。

这就是著名的哈勃定律,也直接证明了宇宙正在膨胀。我们可以把宇宙想象成一个正在被吹大的气球,星系就是气球上的黑点,气球越胀大,黑点之间的距离就越远。既然宇宙现在一直在变大,那把时间倒放回去呢,它一定会越缩越小,最终回到一个密度无限大,体积无限小的奇点,这个倒放的总时长,就是宇宙的年龄。

决定这个时长的关键,就是宇宙膨胀的速度,也就是哈勃常数。目前普朗克卫星测得的精准哈勃常数为67.4km/s/Mpc,通俗来说就是,星系每和我们相距326万光年,远离我们的速度就会增加67.4公里每秒。把这个数值换算成时间,结合宇宙膨胀的变速历史,早期减速,后期加速,就能初步算出宇宙的年龄约为138亿年。

如果说通过宇宙膨胀推演给了宇宙年龄的大致范围,那宇宙微波背景辐射,就是给宇宙精准测生日的终极工具,也是目前最权威的测算方法。宇宙微波背景辐射,是大爆炸留下的余温,是宇宙诞生38万年时发出的第一缕光,相当于宇宙的婴儿照片。这束光里,是宇宙最原始的所有信息,它的成分,几何结构,膨胀历史,全都写在这张照片微小的温度起伏里。

欧洲航天局的普朗克卫星,花了十几年时间绘制出了人类史上最清晰的宇宙微波背景辐射图,精准测出了宇宙的构成,4.9%的普通物质,26.8%的暗物质,68.3%的暗能量。把这些数据代入爱因斯坦的引力场方程,就能精准计算出宇宙从大爆炸膨胀到今天,一共用了138.2亿年,误差不超过4000万年。

还有一个最朴素也最硬核的验证方法,宇宙里的任何天体,都不可能比宇宙本身更老。比如说孩子不可能比妈妈年纪大,最古老恒星的年龄,就是宇宙年龄的绝对下限。天文学家在银河系里找到了一批宇宙元老,其中最出名的就是HD140283,外号玛土撒拉星。这颗恒星几乎不含重元素,是宇宙大爆炸后第一批形成的恒星,经过精准测算,它的年龄约为132亿年。

除此之外,银河系里最古老的球状星团,年龄也都在120到130亿年之间。这些古老天体的年龄,完美契合了138亿年的宇宙年龄结论。毕竟宇宙诞生后,需要至少几亿年的时间,才能冷却形成第一批恒星。这相当于给宇宙的年龄,上了一道无可辩驳的双保险。