宇宙的年龄是多少?

水电三局2023-02-06  23

温度波动在宇宙微波背景辐射中留下的影像来自9年来WMAP(威尔金森微波各向异性探测器)的数据,图片来源NASA/WMAP 科学团队

宇宙年龄约为137.7亿年。这个年龄是通过计量距离和其他大多数来自于按照距离比例以一定速度远离我们的星系的径向速度来计算的。利用目前的宇宙膨胀率,我们可以假设把宇宙倒回到一切包含于一个奇点的时刻,并且计算从那一刻(宇宙大爆炸)到现在所必须要经过多长时间。

倒推回大爆炸仍然需要了解膨胀率历史。我们可以通过检验目前的宇宙构成及其密度进行推算。宇宙学家们正在通过研究宇宙微波背景辐射的起源,宇宙大爆炸残留下来的辐射来确定这些参数。

有两个探测器测量过整个天空中的宇宙微波背景辐射:WMAP(威尔金森微波各向异性探测器)和普朗克卫星(Plank)。普朗克卫星相比于WMAP(威尔金森微波各向异性探测器)提高了灵敏度和分辨率。截止至2013年,普朗克卫星所得的的最佳观测结果,观测到宇宙的年龄约为137.98亿年。

相关知识

宇宙的年龄是指自大爆炸开始至今所流易的时间,当今理论和观测认为这个年龄在136亿年到138亿年之间。这个不确定的区间是从多个科研项目的研究结果的共识中取得的,其中使用的先进的科研仪器和方法已经能够将这个测量精度提升到相当高的量级。这些科研项目包括对宇宙微波背景辐射的测量以及对宇宙膨胀的多种测量手段。对宇宙微波背景辐射的测量给出了宇宙自大爆炸以来的冷却时间,而对宇宙膨胀的测量则给出了能够计算宇宙年龄的精确数据。 根据2013年普朗克卫星所得到的最佳观测结果,宇宙大爆炸距今137.98 ± 0.37亿年。

由FIRAS仪器对COBE观测的宇宙微波背景辐射光谱,为最精确测量的黑体辐射光谱性质,即使将图像放大,误差范围也极小,无法由理论曲线中分辨观测数据。

宇宙微波背景是宇宙学中“大爆炸”遗留下来的热辐射。在早期的文献中,“宇宙微波背景”称为“宇宙微波背景辐射”(CMBR)或“遗留辐射”,是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属于微波范围。宇宙微波背景是宇宙背景辐射之一,为观测宇宙学的基础,因其为宇宙中最古老的光,可追溯至再复合时期。

本图并列了研究本现象不同时期的设备与成果。由上往下依序是彭齐亚斯和威尔逊时期,COBE时期、WMAP时期和COBRAS/SAMBA时期。

利用传统的光学望远镜,恒星和星系之间的空间(背景)是一片漆黑。然而,利用灵敏的辐射望远镜可发现微弱的背景辉光,且在各个方向上几乎一模一样,与任何恒星,星系或其他对象都毫无关系。这种光的电磁波谱在微波区域最强。1964年美国射电天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊偶然发现宇宙微波背景,这一发现是基于于1940年代开始的研究,并于1978年获得诺贝尔奖。

由宇宙背景探测者、WMAP和普郎克卫星的结果比较宇宙微波背景 - 2013年3月21日。

宇宙的年龄约为138.2亿年。

根据大爆炸理论,可以推测出宇宙的年龄约为138.2亿年。随着宇宙膨胀,最初存在的能量和物质变得不那么密集。最初的加速膨胀被称为暴胀时期,之后已知的四个基本力分离。

宇宙逐渐冷却并继续膨胀,允许第一个亚原子粒子和简单的原子形成。暗物质逐渐聚集,在引力作用下形成泡沫一样的结构,大尺度纤维状结构和宇宙空洞。巨大的氢氦分子云逐渐被吸引到暗物质最密集的地方,形成了第一批星系、恒星、行星以及所有的一切。

概念:

从历史上看,对宇宙及其起源有许多想法。古希腊人和古印度人首先提出了由物理定律主导而非个人观点的宇宙理论。中国古代哲学中包含宇宙的概念,宇为所有的空间,宙为所有的时间。几个世纪以来,天文观测以及运动和引力理论的改进,使得对宇宙描述更准确。

现代宇宙学始于阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)在1915年的广义相对论,该理论使定量化的预测整个宇宙的起源、演化和结局成为可能。绝大多数现代的、公认的宇宙学理论都基于广义相对论,更具体的是指大爆炸理论。

宇宙年龄大约138.2亿年。

宇宙年龄(age of universe)是指宇宙从某个特定时刻到现在的时间间隔。对于某些宇宙模型,如牛顿宇宙模型、等级模型、稳恒态模型等,宇宙年龄没有意义。

在通常演化的宇宙模型里,宇宙年龄指宇宙标度因子为零起到时刻的时间间隔。通常,哈勃年龄是宇宙年龄的上限,可以作为宇宙年龄的某种度量。根据大爆炸宇宙模型推算,宇宙年龄大约138.2亿年。

宇宙的年龄推算

反映宇宙膨胀率的哈勃常数也被修正至67.15公里/(秒·百万秒差距),即一个星系与地球的距离每增加一百万秒差距(一秒差距约为3.26光年)。

欧洲航天局2013年3月21日公布了“普朗克”太空探测器传回的宇宙微波背景辐射全景图,近乎完美地验证了宇宙学标准模型,并且把宇宙的精确年龄修正为138.2亿岁。


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