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宇宙有多大?科研人員:年齡只有1382億年,觀測直徑達930億光年

2024-10-01科學

在科學技術不咋發達的那些年,東西方的人類文明沒轍,只能靠著神話來琢磨神秘的蒼穹宇宙。可這幾十年啊,多虧了一幫特聰明的先鋒不停地搗鼓探究,宇宙到底有多大這個事兒呢,答案也慢慢浮出水面嘍。

可不少天文愛好者一直都挺迷糊的:老是瞅見科研人員說宇宙年齡是138.2億年,可又講現在人類能觀測到的宇宙直徑有930億光年呢。

這就是說啊,要是宇宙誕生那時候的第一束光,打從138.2億年前冒出來開始,就沿著一條直線可勁兒地往前沖啊,嘿,它跑了138.2億年,結果跑出了465億光年的距離。這到底是咋整的呢?

【宇宙靜止理論與宇宙膨脹學說】

要是想研究宇宙年齡和可觀測宇宙直徑距離對不上這個謎,咱頭一個得應對的就是「宇宙到底是靜止的還是在膨脹」這檔子爭論。

在二十世紀三十年代之前啊,大家都覺著宇宙裏的那些天體呢,雖然都照著「萬有重力」這規矩相對著運動啊、變化啥的,可從整個宇宙的角度看呢,它的大小啊,那是紋絲兒不動的。宇宙就像一個靜止的、有那麽大但是又沒邊兒的空間。

1916年呢,愛因斯坦弄出了狹義相對論之後,又鼓搗出一個在人類歷史上那可相當劃時代的「廣義相對論」。嘿,就過了一年,他順著廣義相對論又提出個場方程式,這方程式啊,是用來描述宇宙的呢。

愛因斯坦剛開始計算場方程式的時候啊,得出了個特奇怪的結論,哎呀,這宇宙咋還膨脹著呢?這可跟當時的觀念不一樣啊。為了能讓這個方程式算出符合當時想法的結果,就整出個「宇宙常數」來。

明擺著的事兒,要是宇宙真像牛頓和愛因斯坦那樣的超級大腕兒說的,是「靜止不變的」,而且按照愛因斯坦的相對論,啥物質都沒法超光速的話,這才138億年的宇宙,就像大夥心裏納悶兒的似的,咋就不應該長到465億光年那麽老大呢?

要是有人問偉大的愛因斯坦會不會也犯錯呢,那準有人拿那個有名的「宇宙常數」來說事兒。了解愛因斯坦的都曉得,宇宙常數啊,那可是愛因斯坦弄出廣義相對論之後,自己親口承認的一個「錯兒」。

嘿,在二十世紀三十年代那時候啊,人們還沒徹底算出宇宙到底多大歲數,也沒算出可視宇宙的直徑是多少呢。當時那些天文物理學家啊,就從別的角度去琢磨宇宙是個啥狀態了。

首先呢,英國有個科學家叫愛丁頓,他就納了悶兒了。要是宇宙是紋絲兒不動的,可宇宙裏的萬物之間又都有萬有重力,這咋回事兒呢?

要是在這個靜止著的宇宙裏有那麽一丁點兒變化,倆天體或者物體之間的距離靠近了一丁點兒,嘿,那重力就跟著距離變近而變大嘍,整個宇宙的平衡可就不好維持嘍。反過來說呢,要是這一丁點兒變化是讓倆物體之間的距離變大了一丁點兒,這是不是就意味著宇宙會一個勁兒地膨脹下去呢?

慢慢兒的呢,有那麽一些科學家,瞅著那神秘得沒邊兒、讓人壓根兒搞不懂的「宇宙常數」,就對宇宙靜止這理論不樂意了,開始挑刺兒。他們琢磨著,這宇宙啊,它是變化著的。可這宇宙到底是一個勁兒地收縮呢,還是一個勁兒地膨脹呢,這事兒還吵吵個沒完,誰也說不準呢。

不過呢,這爭論沒持續多長時間。為啥呢?因為沒幾年,天文界的又一位大拿「哈伯」就閃亮登場了,還帶來了特別驚人的發現呢。

愛丁頓之後呢,也有不少科學家一個接一個地提出宇宙膨脹的假說和模型。有個叫梅勒特的科學家,在愛因斯坦廣義相對論的場方程式裏弄了個特殊的宇宙常數,就靠這個特殊的宇宙常數,他得出了宇宙是膨脹的這麽個模型。

梅勒特沒多大名氣,他提的觀點差點就在歷史長河裏找不著影了。巧的是,梅勒特提出宇宙膨脹模型後的第二年,有個叫哈伯的天文觀測學家發現了件挺有意思的事兒。

哈伯老盯著銀河系外邊老遠老遠的星系瞅啊瞅的,瞅了老長時間之後發現,多數離得老遠的星系都有「紅移現象」呢。

嘿,咱也能簡單了解下「紅移現象」呢。科學家研究發現啊,要是有個星系被咱們瞅見之後,還一個勁兒地離咱們越來越遠,那咱接收到這個星系發出的電磁波波段呢,就會一個勁兒地拉長,最後就跑到紅外線波段去嘍,這就叫做「紅移現象」。反過來呢,要是被觀測的星系跟觀測的人越來越近,那就會發生「藍移現象」啦。

剛開頭的時候,哈伯也沒搞明白這「紅移現象」到底能說明個啥。畢竟宇宙裏的星系都是在萬有重力的規則下相互吸引著運動呢,有些星系離得遠了,有些星系離得近了,這也算是正常事兒嘛。

可隨著觀測數據一個勁兒地收集啊,哈伯就瞅見了,差不多所有星系都在齊刷刷地均勻遠離呢,嘿,這正好就跟梅勒特提出來的宇宙膨脹模型對上號了。

哈伯 - 梅勒特定律一公布,愛因斯坦麻溜兒地就把自己提出的場方程式給修正了。打二十世紀三十年起,愛因斯坦研究宇宙的時候,就不再搭理那個額外加進去的「宇宙常數」嘍。

梅勒特弄出個宇宙膨脹假設,這假設一成立啊,他又說宇宙是從一個「宇宙蛋」大爆炸產生的。他還說呢,要是大爆炸模型沒毛病,那宇宙裏肯定留著一種到處都是的微波背景。不管人從啥角度去瞅,都能收到這種微波噪音,大家就管這叫宇宙微波背景輻射唄。

1964年的時候啊,射電技術已經挺成熟了。美國的那些科學家就發現了這種宇宙微波噪音,嘿,這可給宇宙大爆炸理論結結實實地撐了一把腰呢。

宇宙膨脹這事被確定之後,人們緊接著就琢磨了:這宇宙膨脹的速度是咋樣的呢?是越脹越快呢,還是越脹越慢呢?

1998年的時候啊,美國和澳洲各有一個科研小組,他們去瞅宇宙裏那50多顆Ia超新星呢。這一瞅可不得了,就把宇宙正在加速膨脹這個事兒給證實嘍。

嘿,人們都覺著宇宙裏有個叫「暗能量」的玩意兒呢。這能量啊,咱了解得那可太少了。可就是這麽個東西,它在那兒一待,就把宇宙弄得到現在還一個勁兒地加速膨脹呢。這發現可不得了,2011年的時候還得了諾貝爾獎呢,給咱人類解開宇宙這個大謎團又開啟了一個全新的時代。

不過呢,等到十九世紀三十年代之後,宇宙膨脹學說裏有個特重要的假設,就是宇宙打一開始是由一次大爆炸產生的。既然有個開頭,還一個勁兒地變來變去,這麽著,「宇宙的年齡」這個概念就冒出來了。

科學家們咋確定宇宙的年齡呢?科學家們琢磨著,直接把宇宙起源找出來,那可太難了,只能使別的招兒倒推。就好比宇宙誕生之後會按一定速度降溫,這麽著,就能量量宇宙現在的溫度,再把別的綜合因素一塊兒考慮,反過來推斷宇宙那神秘的年齡唄。

本來這個理論就不好施行,嘿,可到了二十世紀六十年代的時候,有倆美國科學家去探索宇宙奧秘,結果發現總有個噪音咋都去不掉。

他們可算是把招兒都想絕了,連線收天線上鴿子拉的屎都給清理幹凈了,可這噪音就跟釘子戶似的,穩穩當當還在那兒呢。到後來才搞明白,嘿,這噪音哪是什麽討人嫌的玩意兒啊,它可是能給人帶來大驚喜呢,鬧了半天它就是那神神秘秘的「宇宙微波背景輻射」。

在科研那幫人的眼裏呀,宇宙微波背景輻射就好比是用來倒推出宇宙年齡的一把鑰匙。把這宇宙微波背景輻射仔仔細細地琢磨一番,再跟宇宙膨脹之類的各種事兒摻和到一塊兒考慮,嘿,到了2013年,人類總算頭一回特自信地宣稱,咱這宇宙都已經138.2億歲嘍,可真是個老壽星啊。

【可觀測宇宙直徑的推測】

宇宙年齡多大,咱都曉得了。現在人又惦記上一個事兒,就是宇宙空間距離到底有多遠呢?在這兒啊,人就弄出個「可觀測宇宙」的概念。啥叫「可觀測宇宙」呢?就是以咱地球為中心,人能觀測到的宇宙唄。可科學家可不覺得咱現在觀測到的地方就是宇宙的邊兒,這不過就是人能觀測的極限罷了。

不少人對「光年」這個在宇宙學說裏老冒出來的單位,還迷糊著呢,嗨,其實光年就是個距離單位。

就好比啊,要是說有個天體離咱們10億光年遠呢,這10億光年啊,說的就是一段距離。按理論來講啊,咱們這時候瞅見的光,那可是這個天體10億年之前發出來的呢。不過呢,這是沒把哈伯常數算進去的情況,哈伯常數就是跟宇宙加速膨脹有關的那個東西。

要是把哈伯常數給引進來呢,按照科學家們仔仔細細算出來的結果,就拿地球當中心去瞅那些宇宙裏的天體,喲,它們遠離地球的加速度平均下來也是能測出來的呢。

所以啊,咱們現在能觀測到的最老的光,那可是138億年之前就有的。再算上哈伯常數之類的好些影響因素呢,就得出這麽個結果:以地球為中心,在咱們周圍有個神秘宇宙,它的直徑能達到930億光年那麽大。

總的來說呢,人類到現在測定出來宇宙的年齡是138億年,這就是個時間的概念唄。

宇宙一直都在加速膨脹呢。就拿哈伯定律,再加上咱們能瞅見的最古老的光來推算,嘿,能得出可觀測宇宙的直徑是930億光年。這跟之前的可不一樣,這是個距離的概念。得嘞,這麽一看,這倆結論也不矛盾啊。