宇宙有654.38+037.72亿年的历史!这些数据是如何测量的?

宇宙已经654.38+037.72亿年(正负3900万年)。这太酷了!不太酷的是,这似乎并没有缓解以不同方式进行的测量中不断扩大的差异,这种差异使宇宙的年龄缩短了数亿年。虽然这看起来没什么大不了的,但其实是个大问题。这两种方法的年龄应该相同,但实际上并不相同。这意味着我们缺乏一些宇宙的基本知识。

这项新的观测是使用智利一架6米长的阿塔卡马太空望远镜(ACT)进行的,该望远镜对红外和无线电波之间的微波光谱中的光很敏感。当宇宙很小的时候,它非常热,密度很大,但在大爆炸后大约38万年,它冷却下来,变得透明。它当时的温度和太阳表面的温度差不多,发出的光或多或少都在光谱的可见光部分,也就是我们用眼睛看到的那种光。

但从那以后,宇宙开始加速膨胀。光失去了对抗宇宙膨胀的能量,被红移了。事实上,波长变长了。现在它在光谱的微波部分,而且无处不在,几乎在天空的每一个部分都能发现它,所以我们称之为宇宙微波背景或CMB。

光里面储存了大量的信息,所以通过像ACT这样的望远镜扫描天空,我们可以测量出38万年前宇宙的状态。

ACT占地15000平方度,超过整个天空的三分之一!通过查看大约5000平方度的调查,他们能够确定年轻宇宙的许多行为,包括它的年龄。结合威尔金森微波各向异性探测器(或WMAP)的结果,它们的宇宙年龄为654.38+03.77亿年。这也与欧洲普朗克项目获得的测量结果一致,该项目也测量了早期宇宙的微波。

他们还可以测量宇宙的膨胀速度。这种膨胀最早发现于1920s,天文学家发现的是距离我们更远的物体正以更快的速度远离我们。两倍远的东西似乎以两倍的速度离开我们。这个膨胀率被称为哈勃常数,单位是千米/(秒百万秒差距)。这个比率有时简称为速度距离比,或哈勃比。

新观测值的常数值为67.6 1.1 km/s(秒百万秒差距,简写为Mpc),这是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(如果有帮助的话)。因此,由于宇宙的膨胀,距离为1 Mpc的物体应该以67.6 km/sec的速度从我们的眼中后退,而距离为2 Mpc的物体应该以135.2 km/sec的速度后退,以此类推。比这要复杂一点,但这就是重点。

这是个问题。测量哈勃常数的方法有很多,比如观察遥远星系的超新星,观察引力透镜,观察遥远星系的巨大气体云等。,并且其中许多得到更大的值,大约73 km/s百万秒差距。这些数字很接近,在某些方面令人放心,但相距甚远,这非常令人困惑。它们应该是一致的,但实际上并不是。

他们对宇宙年龄的测量不一致。哈勃常数越高,宇宙膨胀越快,所以不需要太多时间就能达到现在的大小,使其更加年轻。常数越低,说明宇宙越老。所以,膨胀速度虽然看似深奥,但直接关系到一个更古老的概念,即宇宙有多大,两种方法得出的数字是不一样的。

那么哪个是对的呢?这是一个很难回答的问题,也许是个错误的问题。更好的是,他们为什么不同意?

有一个明显的问题,两种方法都是正确的,但它们测量的是宇宙的两个不同部分。看CMB的都是研究不到一百万年的宇宙。其他人正在研究已经存在了数十亿年的宇宙。也许通货膨胀率在那段时间发生了变化。

换句话说,也许哈勃常数不是一个常数。

这些方法本身可能会有问题,但是这些问题在各个小组都经过了多方面、多种不同方式的检查,所以目前看来可能性不大。

错误显然在宇宙,而不在我们自己。或者,更准确地说,错误在于我们测量宇宙的方式。它在做它该做的事。我们只需要找出原因。

关于这个问题已经发表了很多论文,毫不夸张地说,它是目前宇宙学中最大、最棘手的问题之一。

宇宙微波背景辐射观测卫星探测到了宇宙微波背景辐射,测量了哈勃常数,证实了宇宙大爆炸是真实存在的。当时的测量结果不错,但仍有改进的余地。然后WMPA出现了,接着是普朗克,现在是ACT。通过这些测量获得的哈勃常数的精度非常高。天文学家称之为高精度宇宙学,因为长期以来,我们对这些数字几乎一无所知。

天文学家现在太擅长了,10%的差异被认为是一个巨大的问题,回头看,20%的差异是可以接受的。随着时间的推移,天文学的这个领域得到了改进,这是令人欣慰的,因为我们改进得越好,我们对整个宇宙的了解就越多。

的确,在探索宇宙的过程中,我们遇到了一些问题。但这些都是大问题。但是,我希望我们能尽快解决它们。因为当我们这样做的时候,就意味着我们的认识又要有一个大的飞跃。