导读:我们经常会听到这样的知识:我们的宇宙诞生于大约138亿年前的一次大爆炸,在那之后,宇宙一直处于膨胀之中。目前,科学家观测到的宇宙直径大约有930亿光年,而且还在增加!听到这里,不知道大家有没有疑问,科学家们是如何计算宇宙的年龄和大小的呢?
实际上,无论是宇宙的年龄还是宇宙的大小,都是科学家经过建立模型而估算出来的,虽然这个结果不断被修正,但准确度也越来越高!
科学家构建的宇宙模型
宇宙的年龄是如何计算的
在通常演化的宇宙模型里,宇宙年龄指的是宇宙标度因子为零起到时刻的时间间隔!而我们所熟知的宇宙年龄一般是通过哈勃常数来计算的。
最开始的时候,人们认为宇宙是一成不变,亘古永存的!但哈勃望远镜的观测数据告诉了人们一个事实:银河系周围的星系正在远离银河系,而且这种现象在整个宇宙中普遍存在!
于是,科学家们推测出了一个事实,那就是我们的宇宙正在膨胀,而在此之前,宇宙至少经历过一个“暴涨”的阶段,这也是宇宙大爆炸理论的重要依据。
“暴涨”的宇宙
基于哈勃望远镜观测到的数据,科学家们发现了一个常数,就是河外星系退行速度同距离的比值,这便是我们经常听到的哈勃常数,于是便有了下面的公式:
V=HD
其中V是星系远离地球的速度,而D则是星系退行的距离(也就是目前为止星系距离地球的距离)。其中D可以通过天文望远镜观测而计算出,V可以通过相对论多普勒效应计算出来,于是我们便可计算出星系用了多久达到了现在的位置,也就是宇宙的年龄,而这个数值刚好是哈勃常数的倒数!
宇宙的年龄
因为哈勃常数的不确定性,所以计算出的宇宙年龄有所差别,大概区间胃130-150亿年之间。
事实上,通过宇宙中存在物质的年限也可以计算宇宙的年龄,宾西法尼亚州立大学的天文学家经过近10年的观测,于2013年2月公布找到一颗距离地球仅190光年、编号为HD 140283的亚巨星,其测定的年龄高达144.6亿岁,但误差有8亿年。
HD 140283的亚巨星
而我们目前所知道的138亿年的数据则是欧洲航天局根据2013年3月21日“普朗克”太空探测器传回的宇宙微波背景辐射全景图,建立起来的宇宙模型计算出来的。这个时间可以修正带138.2亿年。
宇宙的大小是如何计算的
也许有人认为,爱因斯坦相对论说明了宇宙中最快的速度是光速,任何物质的速度都无法超越光速,而宇宙本身的年龄我们之前也已经提到过了,大约是138亿年,那宇宙的大小不就是138亿光年吗?
其实这种说法是错误的!
首先宇宙不是静止的,而是出于不断膨胀之中,所以并不能简单地用距离等于速度乘以时间来计算。其次,在宇宙空间中,空间膨胀会使得物体之间有个额外的速度增量,这是时空的固有属性,和相对论没有关系。
所以说,我们目前看到的一些星系,它们远离我们的速度甚至超越了光速,在这种情况下,宇宙的大小显然不可能是138亿年这么简单就能得出的。
事实上,宇宙的大小还是要依靠哈勃常数,根据一些列的复杂公式,可以得出宇宙的半径大概是465亿光年,所以说宇宙的大小大约胃930亿光年!
宇宙大小计算公式
但这并不是全部,而是人类目前为止能够观测到的宇宙大小,而事实上,宇宙很可能比这个数字要大得多。甚至有科学认为,我们观测的宇宙可能只有真实宇宙的十分之一,也许更少。
宇宙可能比我们观测到的大得多
无论从时间尺度还是空间尺度上来看,相对于宇宙而言,人类简直太过渺小!但生命本身就是一个不知来自何方又将去向何处的奇迹,而人类本身更是时空的偶然!也许这个奇迹最终可以揭开宇宙存在的奥秘,遗憾的是我们肯定无法看到了!
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