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宇宙年齡(universe,age of),是指宇宙從某個特定時刻到現在的時間間隔。對於某些宇宙模型,如牛頓宇宙模型、等級模型、穩恆態模型等,宇宙年齡沒有意義。在通常的演化的宇宙模型里,宇宙年齡指宇宙標度因子為零起到現在時刻的時間間隔。通常,哈勃年齡是宇宙年齡的上限,可以作為宇宙年齡的某種度量。根據大爆炸宇宙模型推算,宇宙年齡大約200億年。

1 宇宙年齡 -年齡推算

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宇宙年齡為一百二十五億年
科學家利用望遠鏡觀察最老的星球上的鈾光譜,從而估計宇宙的年齡是一百二十五億年。目前,科學家對宇宙(Universe)的年齡有不同的估計,根據不同的宇宙學模型(cosmologicalmodels),科學家估計宇宙的年齡是介乎一百億至一百六十億之間;2001年科學家利用南歐洲天文台(EuropeanSouthernObservatory)的望遠鏡,觀察一顆稱CS31082-001的星球,量度星球上放射性(radioactive)同位素(isotope)鈾-238(Uranium-238)的光譜(spectrum),從而計算出這星球的年齡是一百二十五億年,這個估計的誤差大約三十億年,是亦即是說,宇宙的年齡至少有一百二十五億年,這是科學家第一次量度太陽系(SolarSystem)以外鈾含量的研究。

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科學家解釋說,這個方法和在考古學(archaeology)上使用碳-24(Carbon-14)同位素量度物質的年齡一樣,鈾-238同位素的半衰期(half-life)是四十四億五千萬年;半衰期是放射性元素(element)自動蛻變成為其他元素,至它本身剩下一半時所需要的時間。

科學家指出,在宇宙開始時,大爆炸(BigBang)會產生氫(hydrogen)、氦(helium)和鋰(lithium)等元素,而比較重的元素是在星球內部產生,當星球死亡時,含有重元素的物質會散布到周圍的空間,然後和下一代個的星球結合;其實,地球上黃金(gold)也是從爆炸了的星球來。

因此,愈老的星球上的重元素,也會愈少,科學家認為,一些比較老的星球的重元素含量,只有太陽(Sun)的二百分之一。科學家曾經嘗試利用釷-232(Thorium-232)同位素來估計宇宙的年齡,釷是一种放射性金屬元素,與中子(neutron)接觸時會引起核分裂,產生原子能源(atomicenergy),不過,釷的半衰期是一百四十億五百萬年,半衰期比較鈾-238長,因此,估計的誤差也比較大。

 宇宙年齡為141億歲
一國際天體物理學家小組2001年宣布,宇宙「年齡」為141億年,這一結論是研究人員在實施建立星空三維圖像大規模計劃中,收集大量資料基礎上作出的。研究工作從1999年起在美國新墨西哥州天文台利用一台「天文掃描儀」——天體望遠鏡進行的,先後獲得有關離開地球20億光年約20萬顆天體的資料。

2001年2月,美國宇航局曾公布自己對「宇宙年齡」的評估,美國宇航局專家認為,「宇 宙年齡」為137億年。為了這項研究美國宇航局利用了最新的威爾金森微波各向異性探測器(WMAP),該探測器「懸挂」在距地球150萬千米的太空,那裡的地球與太陽的引力作用正好平衡。這項太空實驗記錄到所謂殘餘輻射波動,這種殘餘輻射是在大爆炸之後約40萬年誕生的。

2 宇宙年齡 -年齡將增加

8月7日出版的美國《科學》雜誌刊載文章說,一個由天文學家組成的國際團隊發表了一份最新報告稱,宇宙的年齡可能比原先設想的還要早20億年。科學家們已發現一個比原先預想還遠15%的鄰近星系,這意味著宇宙的年齡可能少估計了15%。但是另一些專家認為現在下結論還為時過早。

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天文學家們通過觀測一顆階段性改變亮度的特殊行星,已經成功測定出許多遙遠星系的相對距離。但是為了知道這些星系距離我們究竟有多少光年,科學家們需要直接計算我們的銀河系和一些星系之間的距離。這樣的測量很難進行。多少前以來,唯一測量出的可信的距離是鄰近的大麥哲倫星系,但是一些天文學家擔心它不同尋常的化學構成會影響計算。

現在,華盛頓卡耐基研究所的阿切斯特·波南斯和他的同事已經在銀河系的「鄰居」三角座星系中觀測到一顆正在逐漸暗淡的失色雙星。這個系統中的兩顆星星在它們的軌道上互相穿越,觀測這兩顆星星互相黯淡的過程讓天文學家們可以忽略兩顆星星的大小和它們釋放的能量。比較觀測到的亮度揭示了行星離地球的距離。

這個結果刊登在美國《天文物理期刊》上,它測算出三角座星系(同樣被稱為M33星)距離地球300萬光年,比通常人們認為的260萬光年遠了15%,後者是通過其他非直接的技術測量得出的。如果300萬年這個數據得到確定,新的距離暗示更遠的星系都將比原先遠15%,因為相對距離不會改變。而且因為宇宙的大小和年齡都以星系距離為基礎,結果宇宙的年齡從137億年增加到了157億年。

3 宇宙年齡 -宇宙年齡可能更長

德國科學家研究發現,宇宙深處的一個類星體上鐵物質含量要遠多於太陽系中任何一個星體。由於天體中鐵物質的形成需要極漫長的時間,在與太陽系天體鐵物質含量對比的基礎上,科學家提出宇宙年齡可能大於此前人們的猜測。

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馬普學會地外物理學研究所和歐洲航天局的科學家們藉助XMM-NEWTON空間射線望遠鏡對這一編號為「APM08279+5255」的類星體上所含成分進行分析發現,雖然該類星體中似乎並不存在氧元素等,但其鐵物質含量大約是太陽系中單個星體的3倍左右。

科學家介紹說,根據現有認識,類星體及其所含鐵物質是在宇宙大爆炸后15億年左右才逐漸形成的,而天體中的鐵物質是在宇宙中星體燃燒爆炸之後經過聚變反應后形成的,也就是說,某個天體上的鐵物質只能在數十億年時間內才逐漸積聚起來。現有研究認為,宇宙的年齡至少為125億年,太陽系形成的時間約在90億年前。因此,以太陽系天體中鐵物質含量做對比,科學家認為這一新發現或者表明宇宙中存在一類人們迄今並無認識的富含鐵物質的星體,或者表明宇宙年齡要大於此前的猜測。

類星體是宇宙中一類體積相對較小,但能量巨大的天體。該類天體在一般光學觀測中類似恆星,但在分光觀測中,它的譜線具有很大的紅移,與恆星並不相同,因此被稱為類星體。

4 宇宙年齡 -測定

宇宙年齡宇宙年齡超乎想像
波南斯的團隊已經做了「非常紮實的工作」,美國加州卡內基天文台的宇宙學家溫迪·弗里德曼說,她從20世紀90年代就開始領導一項大型的哈勃太空望遠鏡來測定宇宙距離的範圍。但是,她也認為,需要在一個星系中再找一對「黯淡的雙星」來改變人們現在對於宇宙年齡的想法。

夕法尼亞州的維拉諾瓦大學的天體物理學家愛德華·希安也同意這個觀點。他開拓了在鄰近大麥哲倫星系測試黯淡的雙星技術。他說。只有一顆星來說明結論是遠遠不夠的。同時,他還同樣擔心,波南斯團隊使用了一顆閃亮的行星,而非黯淡的雙星,因為他認為他們的理論模型還不是很紮實。「我的設想是三角座星系應該沒有那樣遙遠」,他說,「它可能會再次向地球移動。」

5 宇宙年齡 -研究理論

宇宙始於何時?將止於何時?這是宇宙留給人類最為神秘,也最難解釋的謎題。雖然宇宙大爆炸說已經深入人心,人們已經默認了宇宙誕生於近140億年前的一次大爆炸中,宇宙萬物、星系、地球、生命都是在大爆炸之後逐漸形成的。然而,在這個理論出世之後,很多人也提出了另外一個問題:在宇宙大爆炸之前發生了什麼?5月5日《科學》雜誌上發表的一篇研究論文稱解答了這個讓科學家們為之爭論不休的謎題。美國普林斯頓大學的波爾·施泰恩加德和英國劍橋大學的尼爾·圖爾克這兩名理論物理學家在這篇論文里共同提出了一個理論,即宇宙大爆炸發生了不止一次,宇宙一直經歷著「生死輪迴」的過程,而人們所認為的140億年前的宇宙大爆炸並非宇宙誕生的絕對起點,那只是宇宙的一次新生。

誰讓宇宙加速膨脹

宇宙年齡宇宙年齡
讓科學家們注意到宇宙大爆炸不僅只有一次的是被科學家拋棄后又重新拾起的「宇宙常量」。所謂宇宙常量,是對真空中的能量的數學表述,並用希臘字母的第11個字母「拉姆達」表示,這種能量也被認為是神秘的「暗能量」,而這種神秘能量正在讓宇宙不斷加速膨脹。

美國太空網5月8日對英美科學家這一研究的報道中稱,當初愛因斯坦首次提出宇宙常量時,是想證明在宇宙間存在一種能量抗衡著星體間的重力作用,使得各星體不會因為相互的吸引而合到一起,最終讓整個宇宙的物質都融合成一體,因此他也想證明宇宙是靜止的,沒有生長也沒有萎縮。但沒過多久,愛因斯坦就拋棄了這個理論,他稱自己犯下了一生「最大的錯誤」。因為經他自己的廣義相對論公式的計算,宇宙正在膨脹,而天文學家埃德溫-哈勃經過觀察也證實了宇宙確實在膨脹。

20世紀90年代末期,「拉姆達」被科學家們重新拾起,這時一些天文學家發現宇宙不僅僅在膨脹,而且速度正在加快,科學家們不知道是什麼樣的神秘力量導致了這一結果,於是「暗能量」這個詞便產生了。並且科學家們認為「暗能量」就是宇宙常量「拉姆達」,在宇宙大爆炸后「拉姆達」沒有和重力「平分天下」,保持宇宙的平衡,而是從重力手中奪權,使星體間越來越遠,宇宙不斷膨脹。

宇宙常量應該幾何

宇宙常量該有多大,這是宇宙大爆炸發生次數的關鍵。美英科學家波爾·施泰恩加德和尼爾·圖爾克就是在對宇宙常量的大小計算中發現了宇宙大爆炸不應該只發生了一次。

科學界一直都試圖解釋的一個問題是為什麼自然界中的那麼多常量的值都是那麼正好,剛好讓生命存在。如果「拉姆達」太大,那麼宇宙就會在大爆炸后立刻迅速膨脹並撐破,就像吹爆的氣球,那麼生命就不可能在百億年後存在了。波爾教授在接受太空網的採訪中說:「『拉姆達』的值是物理學中最神秘的事物之一。它讓我們非常的迷惑。」甚至科學界出現了「人擇原理」,即宇宙常量恰當地選擇了人類生存,而人類也恰好選擇了在這樣一個常量條件下出現,而人類又回頭研究著為什麼宇宙常量大小會剛好讓人類生存。這聽起來確實不可思議,尼爾教授稱:「這簡直太糟了,真的該被拋棄了。這個理論就是想說明人類永遠不會了解宇宙的奧秘,這就是我們的生存之道。」

為了找到「人擇原理」之外合理的解釋,兩位科學家利用宇宙大爆炸模型計算宇宙常量,但得到的結果要比實際觀測到的宇宙常量大得多,是實際值的10的100次方倍,也就是根本不適合現在宇宙中的生命生存。宇宙常量的大小說到底還關係到人類的生存。因此波爾教授和尼爾教授認為在宇宙大爆炸后宇宙常量(也就是「暗能量」)都會隨著時間的推移而減弱。但是經過進一步的計算后,他們發現140億年根本不夠將爆炸后的值減弱的現在這個值。劍橋大學的尼爾教授說:「人們認為時間開始於那次大爆炸,但從沒有一個合理的解釋。而我們的推論看起來就非常的激進:在宇宙大爆炸之前是存在時間的。」

大爆炸不止一次發生宇宙年齡超乎科學家想像

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兩位科學家的理論顛覆了人們的「常識」,在人們常常猜想時間將止於何時的時候,他們又告訴了人們時間沒有起點。既然「拉姆達」的值在近140億年中減弱到現在這個適合生命存在的值,那麼,兩位科學家就想到了宇宙大爆炸也許發生了不止一次,每一次的大爆炸都讓宇宙常量有所減弱。在產生了現在我們生活的這個宇宙之前,很可能是在萬億年中宇宙大爆炸發生了很多次。尼爾教授說:「我想,宇宙的年齡可能遠遠大於萬億年。時間沒有開始,根據我們的理論宇宙的年齡是無限大的,而宇宙範圍也是無限大的。」

在2002年,這兩位科學家就提出了宇宙進化經歷著「生死輪迴」這個觀點。宇宙就是在一次次大爆炸后重生,在每一次的「輪迴」中,宇宙都在膨脹中消耗原有的物質,在宇宙常量減弱的同時也產生了一些新的粒子,直到另一次的大爆炸到來,然後新的粒子又形成了新的物質、天體乃至生命。

如果這兩位科學家的假設是正確的,那麼下一次的大爆炸將在什麼時候到來?尼爾教授說:「不論計算多麼準確,人們都無法預料下一次大爆炸的時間,但我們可以說的是,下一次的大爆炸不會在之後的100億年內發生。」

6 宇宙年齡 -相關條目

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7 宇宙年齡 -參考資料

http://news.sina.com.cn/c/2006-09-06/134510937742.shtml

http://www.qzwb.com/gb/content/2002-07/12/content_542197.htm

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