宇宙138.2亿岁,这么精确的年龄,科学家是怎么计算出来的?
宇宙138.2亿岁,这么精确的年龄,科学家是怎么计算出来的?
宇宙究竟有多少岁了?这个问题困扰了人类数千年。直到20世纪,随着天文学的发展,科学家们才开始逐步揭开宇宙年龄的神秘面纱。从哈勃发现宇宙膨胀,到意外探测到宇宙微波背景辐射,人类对宇宙年龄的认知不断精进。然而,关于宇宙的真实年龄,科学界仍未达成最终共识。
宇宙的年龄概念实际上是近一个多世纪才被提出的新理论。在此之前,天文学家普遍认为宇宙是无始无终的,始终处于恒定状态,因此讨论宇宙的年龄毫无意义。
直到19世纪,工业革命推动了天文学的发展,科学家借助新型望远镜开始更深入地观测宇宙(主要是银河系)。这一时期,宇宙年龄的概念才逐渐成形。然而,由于当时稳恒态宇宙理论和膨胀宇宙理论并存,不同天文学家给出的宇宙年龄数据差异巨大,相关讨论充满争议。
那么,天文学家是从何时开始普遍接受宇宙年龄的概念,并踏上计算宇宙年龄的正确道路的呢?
美国天文学家埃德温·哈勃在20世纪20年代通过观测造父变星,确认宇宙中存在大量类似银河系的星系系统,其中最典型的例子便是距地球约254万光年的仙女座星系。
除了推翻“银河系孤岛宇宙模型”,哈勃还发现星系退行现象,即距离地球越远的星系,其远离地球的速度越快。
这两项发现使宇宙学家意识到,宇宙在遥远的过去必定有一个起点。然而,由于当时的技术水平有限,科学家尚无法基于这两个发现精确计算宇宙年龄。直到宇宙微波背景辐射的发现,计算宇宙年龄的方法才迎来突破。
20世纪60年代,美国贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔逊在修理天线时,意外发现一种难以消除的背景噪音。他们甚至清理了天线上的鸟粪,但噪音依旧存在。最终,他们才意识到,这正是天文学家长期寻找的微波背景辐射。
根据宇宙大爆炸理论,宇宙早期极其炽热,随着时空的膨胀,整体温度逐渐下降,但无法降至绝对零度。彭齐亚斯和威尔逊探测到的微波背景辐射,正是宇宙当前的“余温”。
基于微波背景辐射的观测,并结合宇宙膨胀速率,2013年欧洲航天局的普朗克卫星测定宇宙年龄为138.2亿年。随后,智利阿塔卡马天文台将这一数据修正为137.7亿年。然而,这些数字是否就是宇宙真实的年龄?
如果考虑暗能量的影响,宇宙的年龄可能只有128亿年——比当前主流认知年轻10亿年。暗能量促使宇宙加速膨胀,使其在更短时间内扩张到更大范围。
如果进一步推测,宇宙可能处于一个不断膨胀与坍缩的周期性循环之中。那么,我们今天计算出的宇宙年龄,仅是当前周期的一部分,而非整个宇宙的真正年龄。
归根结底,人类的科学探索,尤其是宇宙学,就像一个不断扩张的圆。已知的部分属于圆的内部,但随着研究的深入,圆的边界接触到的未知也越来越多。正如所说:“知道得越多,不知道的也就越多。”在人类面前,宇宙的浩瀚无垠展露无遗。
事实上,人类本身的存在也是宇宙中的一个奇迹。按照热力学第二定律,混乱的基本粒子不应该自发组成有序的恒星和行星,更不用说演化出具有思想的智慧生命。
从哲学角度来看,或许宇宙孕育人类文明的意义,就是让人类去欣赏它的壮美。否则,如此广阔而神秘的宇宙,却无人观赏与探索,未免太过遗憾。