宇宙已有137.72亿年历史!这个数据是怎么测得的?


宇宙已有137.72亿年(正负3900万年)。这很酷!不那么酷的是,这似乎并不能缓解以不同方式进行的测量中日益扩大的差异,这种差异使宇宙年龄缩短了几亿年。尽管这似乎没什么大不了,但实际上这是一个很大的问题。两组方法都应具有相同的年龄,但实际上并非相同。这意味着我们缺少宇宙的一些基本知识。

新的观测是使用智利的一个六米长的“阿塔卡马宇宙望远镜”(ACT)进行的,该望远镜对红外和无线电波之间的微波频谱中的光敏感。当宇宙很小的时候,它非常炎热且致密,但是在大爆炸之后大约380,000年,它降温到足以变得透明。它当时的温度与太阳表面的温度差不多,它发出的光或多或少会在光谱的可见部分,即我们用眼睛看到的那种光。

但是自那时以来,宇宙开始了加速膨胀。那些光失去抗击宇宙膨胀的能量,并且发生了红移,实际上是波长变长了。现在它处于频谱的微波部分,它也无处不在,几乎在天空的每个部分都能找到它,因此我们将其称为宇宙微波背景或CMB。

光中存储了大量信息,因此通过使用诸如ACT之类的望远镜扫描天空,我们可以测量宇宙在380,000年前的宇宙状况。

ACT占地15,000平方度,超过整个天空的三分之一!通过查看该勘测的约5,000平方度,他们能够确定年轻宇宙的许多行为,包括其年龄。结合威尔金森微波各向异性探测器(或WMAP)的结果,他们的宇宙年龄为137.7亿岁。这也与欧洲普朗克计划的测量获得的值一致,该计划还测量了来自早期宇宙的微波。

他们还可以测量宇宙的膨胀率。这种膨胀最早是在1920年代发现的,而天文学家发现的是,距离我们更远的物体正在以更快的速度远离我们。两倍远的东西似乎正在以两倍快的速度离开我们。这种膨胀率被称为哈勃常数,单位是公里/( 秒·百万秒差距)。该比值有时简称为速度-距离比,或哈勃比。

新的观测值得出的常数值为67.6±1.1公里/秒(秒·百万秒差距,缩写为Mpc)是在天文学某些方面比较方便的距离单位,等于326万光年;比距离还远(如果有帮助的话)。因此,由于宇宙膨胀,距离1 Mpc的物体应以67.6 km / sec的速度从我们眼前后退,而距离2 Mpc的物体应以135.2 km / sec的速度后退,依此类推。比这要复杂一些,但这就是要点。

那是个问题。有很多方法可以测量哈勃常数,例如查看遥远星系中的超新星,观察引力透镜,观察遥远星系中的巨大气体云等等,而且其中许多方法得到的数值更大,大约为73 公里/ 秒·百万秒差距这些数字是接近的,在某些方面令人放心,但相距甚远,这令人非常困惑。它们应该一致,但实际上不一致。

它们对宇宙的年龄测量的结果不一致。哈勃常数越高,表示宇宙的膨胀速度越快,因此不需要太多时间就能达到目前的大小,从而使其更年轻。较低的常数表示宇宙更旧。因此,尽管膨胀速度似乎很深奥,但它直接与更古老的概念有关,即宇宙有多老,两组方法得到的数字不同。

那哪个是对的?这是一个很难回答的问题,也许是错误的问题。更好的是,它们为什么不同意?

有一个明显的问题,那就是这两种方法都是正确的,但是它们正在测量宇宙的两个不同部分。那些看着CMB的人正在研究宇宙不到一百万年的宇宙。其他人则在研究已经存在数十亿年的宇宙。也许那段时间膨胀率发生了变化。

换句话说,也许哈勃常数不是一个常数。

这些方法本身可能存在问题,但是这些问题已经通过许多方式进行了检查,并且在每个组中通过许多不同的方法进行了检查,因此目前看来这不太可能。

错误显然在宇宙中,而不是在我们自己。或者,更确切地说,错误在于我们测量宇宙的方式。它在做它该做的事,我们只需要弄清楚为什么。

关于这个问题已经发表了很多论文,毫不夸张地说,这是宇宙学中目前最大和最棘手的问题之一。

宇宙微波背景辐射观察卫星探测宇宙微波背景辐射,测量出了哈勃常数值,并确认大爆炸是真实的。当时的测量结果不错,但仍有改进的空间。然后WMPA出现了,接着普朗克,现在是ACT,这些测量获得哈勃常数的精确性都非常高。天文学家称其为高精度宇宙学,因为长期以来,我们对这些数字几乎一无所知。

天文学家现在非常擅长此事,以至于10%的差异被认为是一个巨大的问题,而当回想起以前,20%的差异也是可以接受的。随着时间的推移,这个天文学领域得到了改善,这是令人欣慰的事情,因为我们对它改善得越好,我们就越了解整个宇宙。

确实,在探索宇宙的过程中,我们遇到了一些问题。但是这些都是很大的问题。不过,希望我们能尽快解决它们。因为当我们这样做时,这意味着我们的理解将又一次大飞跃。

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