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宇宙138.2亿岁,这么精确的年龄,科学家是怎么计算出来的?

作者:华仔

导语

过去还在二十世纪的年代建立起来的“宇宙年龄”这一概念初步大概在137.7亿年到138.2亿年之间,而这个时间正好也是从大爆炸到现在为止的时间。

然而总的来看,宇宙年龄只有一个多世纪左右的时间。

之所以会有如此精准的计算年龄的方法,将宇宙的年龄计算的如此精准,这也离1980年获得了微波背景辐射的发现数据息息相关。

但是无论怎样,我们都要感谢这些科学家们能够将时间的错误度降低至0.6%。

然而,在任何科学的领域,只要所累积的知识足够多,也总会存在解释不了的问题。

就比如在二十一世纪,人们在观测微波背景辐射的时候,又发现了一些隐藏在背景辐射之中的暗能量,在未来,也只会有更多发现的变量不断出现,而这些变量也可能会对宇宙年龄变得清晰的认识产生影响。

因此,我们要记住,我们现在所知道的这些是有可能被改变的,因此便是此文的目的,来探讨一下宇宙年龄的子。

宇宙138.2亿岁,这么精确的年龄,科学家是怎么计算出来的?

一、银河气体的发现。

在一九一二年,冯·斯特劳鲁露在观测银河的边缘时,发现了一块看起来像是亮星的星云,然而,当她运用显微镜来观测这些星云的时候,便能够看清楚一些状似气体的东西。

在一九一三年,斯特劳鲁露对这些云的光谱进行了观测分析,并分辨出其中所含有的原子。

在一九一四年,由于第一次世界大战的爆发,令冯·斯特劳鲁露必须停止自己的研究工作,而她负责一部份的研究成果也发表到杂志上,最终由她的导师威廉·亨舍尔完成了她的研究并发表到杂志上。

而这些研究成果所在所述的银河边缘的气云当时被认为是由于银河中恒星之间的相互吸引所形成的。

而当时化学家认为宇宙中所含有的氢气与氦气的比例应当是像地球的大气层一样的,因为地球的大气层大部分是由氮气与氧气所组成的。

因此仿佛这样的组合更为合适,但是在一九三一年,由于博尔顿在进行化学成分研究时,对氢气的丰度所进行的研究,发现了与理论研究的不同。

他发现银河中,氦气的丰度约占比30%,而其他的各种原子需要占比100%中的10%。

而当时大多数的物理学家都认为,化学的成分都是很稳定的,并不会像生物体无法遵守规则。

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在一九三四年,特希尼亚用其他的物质的浓度去排除掉银河中氦气的浓度,再来证明博尔顿所说的氦气的丰度,但是他发现,使用这一计算方法的结果,氦气占比总共的100%中的1.4%。

而当这个数据公开之后,大多数物理学家纷纷的对其提出了质疑。

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当的物理学家认为,这样的氦气的丰度与此前所进行的理论都会发生冲突,因此他们对这一假设进行了验证。

而很快,这一假设便得到了验证,此数据是由于特希尼亚所使用的浓度反应都不精准所导致的。

后来在一九三九年,施密特与哈斯所发现的,超新星只会产生在像动画片中一样,巨大的能量的情况下,而且这些能量所散发出来的气体只会有轻的粒子,因此,这些气体中应当会含有氦气。

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因此,施密特与哈斯通过观测这些气体内所含有哪些元素,以此来验证施密特与哈斯的现是否正确。

在九四三年,梅菲与贝尼奥夫通过观测为数不多的恒星光谱,来研究星系团中氢气与氦气的丰度。

而且他们所推测的结果与施密特与哈斯所观测到的所得结果吻合。

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并且当他们所公布的研究结果之后,让人们对此前的观点产生了怀疑,他们认为,或许我们所生活的星系并不只有恒星,还可能存在着恒星之间的云团。

而当这些云团在发生足够大的能量时,便会变得像超新星一样,产生巨大的能量。

之所以对于我们所生活的星系产生了这样的疑惑,是因为氦气的丰度与氢气的丰度不相等,并且氦气的丰度是恒星在发生之后才会产生的。

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而当恒星还没有诞生的时候,那么,便是恒星团所产生的。

而当这些恒星所产生的能量所大到一定程度时,恒星中的各种原子便会逃离恒星的吸引,最终流失到星系的空间之中,并最终会使氦气与氢气的比例变得更为平均。

但是这些气体的流失并不是永久的,在最终的宇宙中,它们最终会凝聚成恒星。

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然而,第二次世界大战的爆发,再一次的打断了物理学家对这一“大爆炸”的研究。

在一九五三年,依靠着对氦气与氢气丰度的特质,盖马等人,所提出的这一“大爆炸假说”,他们认为,那时候宇宙处于极高的温度下,并且此温度下所无视的能量极为巨大,这样很容易就会让氦气与氢气的原子核之间发生核聚变,而这样便推翻了当时提出的氦气与氢气所组成的原始气体的假设。

二、哈勃的观测。

哈勃是一位非常有天赋的人,当时他已经在美国弗吉尼亚州的一个天文台工作。

在一九二三年,通过他所使用的天文望远镜,他对天体的光谱进行研究,并且,他所研究的天体远高于他所进行研究的细胞,因此在他所进行研究的光谱上,每一个峰都代表物体辐射的光谱,并且这些峰所产生的波长,与物体的移动方向有直接的关系,而这些峰所产生的波长也是可以通过人们所进行研究而得出结果,于是在他所对几个星系所进行研究的时候,他发现了一些有趣的现象。

当时,他所研究的星系的光谱所产生出来的波长,就会有几许的偏差,而这些偏差,当时他所研究的天文学家普遍认为这是由于仪器所导致的。

然而哈勃并不是这样的认为,他认为,这是由于距离地球最近的星系所产生的,那么有可能这些星系距离地球更近,因为这样就会使它在地球所处的空间中前行,但是人们在对这些星系所进行研究的时候,仅仅是仅仅通过对光谱进行研究,并没有进行更深入的研究。

因此,根据他的研究,他提出了这一假设,并且,他还根据当时所进行的研究的数据对这些星系所进行了总结。

他发现,当这些星系离地球距离较近的时候,这些星系所散发出的光谱所产生的波长也更短,而这样的偏差也正好与我们所生活的星系所存在的假设相符。

因此也从侧面印证了他的假设。

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许多年后,他来到美国的弗吉尼亚州的天文台工作,然而他在天文领域工作的时间并不长,在1923年的时候,他在一份科技报告上看到了云马的一行注释,这行注释是由斯莱法撰写并且发布的,他认为,当星系之间相互作用时,便会使其中一部分的星系更加靠近地球,因此,当我们对这些星系所进行观测时,便会产生一些有趣的现象。

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哈勃是一位非常年轻的物理学家,他很喜欢阅读科普类的书籍,看起来资料,他的好奇心也是非常的重。

而在当时,大多数的天文学家都对斯莱法所提出的研究产生了怀疑。

然而哈勃并不认为这样的怀疑是有根据的,而当哈勃来到天文领域所从事研究的时候,他对斯莱法的观点产生了兴趣并且当他读完这一著作的时候,他反复的阅读他所提出的观点,当他所进行的是,他发现这些偏差,正好符合斯莱法所提出的观点。

而他研究的星系所存在的异常,这使他对斯莱法所提出的质疑产生了怀疑。

在一九二九年,哈勃与斯派茨相见。

在斯派茨所发表的二十一世纪物理时,他所提到的所产生的红移的现象,而这种现象正是哈勃所观测到的,也就是所谓的星系退行的现象,这也将斯莱法的观点得以证实,并且这也将哈勃所提出的研究内容吸引了斯派茨。

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并且在1926年,他们进行了合作,然后哈勃提出了哈勃定律。

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三、微波背景辐射。

而在一九六五年,威尔逊与佩齐索通过对天空射频光的观测,最终,他们所发现的射电光,正好也解答了此前对于“谁磨光”与“超短波光”所产生的观点,他们最终给出的解释是,那些光是由于宇宙大爆炸之后所产生的微波辐射。

而这些辐射所产生的频率,正好与宇宙大爆炸所产生的频率一致,之所以能够得到宇宙年龄的数据,他们是通过对这些频率所进行的观测,并且,这些观测数据的结果与此前哈勃所制定的宇宙膨胀定律所得到的结果吻合。

因此,他们所发现的微波背景辐射,便被认为是一种非常强有力的证据。

并且微波背景辐射的发现,也为此后的宇宙年龄的计算提供了重要的依据。

而最终,人类的科学家们依靠着哈勃所制定的观测数据,并且依靠了微波背景辐射的数据,最终计算出了宇宙的年龄。

然而随着人类的认知范围的不断的拓展,就会发现这个世界比我们所知道的还要复杂。

就拿暗能量来说,暗能量是在二十世纪八十年代所发现的,而暗能量所产生的现象并不会随着时间的流逝而产生变化。

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因此,暗能量若果被认为是波动的现象的话,那么宇宙年龄的认知将必然发生变化,可能宇宙年龄会变为128亿年。

这样也正好解释了,如果暗能量是时间可以波动的现象,为何宇宙在一开始就产生了暗能量的现象,但是现实并不是这样,对宇宙的探索还在进行当中,未来很有可能又会发现隐藏在其中的奥秘。

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结语

不管怎样,这都是宇宙的事,对于宇宙的规律,人类还在努力的探索着,所以我们只能按照我们所知道的去进行推断,但是我们也不应该因此就束手无策,毕竟我们唯一能做的就是继续前进,让这个宇宙变得更美好。

更何况,在这个无垠的星空中

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