在科学技术不咋发达的那些年,东西方的人类文明没辙,只能靠着神话来琢磨神秘的苍穹宇宙。可这几十年啊,多亏了一帮特聪明的先驱者不停地捣鼓探究,宇宙到底有多大这个事儿呢,答案也慢慢浮出水面喽。
可不少天文爱好者一直都挺迷糊的:老是瞅见科研人员说宇宙年龄是138.2亿年,可又讲现在人类能观测到的宇宙直径有930亿光年呢。
这就是说啊,要是宇宙诞生那时候的第一束光,打从138.2亿年前冒出来开始,就沿着一条直线可劲儿地往前冲啊,嘿,它跑了138.2亿年,结果跑出了465亿光年的距离。这到底是咋整的呢?
【宇宙静止理论与宇宙膨胀学说】
要是想研究宇宙年龄和可观测宇宙直径距离对不上这个谜,咱头一个得应对的就是「宇宙到底是静止的还是在膨胀」这档子争论。
在二十世纪三十年代之前啊,大家都觉着宇宙里的那些天体呢,虽然都照着「万有引力」这规矩相对着运动啊、变化啥的,可从整个宇宙的角度看呢,它的大小啊,那是纹丝儿不动的。宇宙就像一个静止的、有那么大但是又没边儿的空间。
1916年呢,爱因斯坦弄出了狭义相对论之后,又鼓捣出一个在人类历史上那可相当划时代的「广义相对论」。嘿,就过了一年,他顺着广义相对论又提出个场方程,这方程啊,是用来描述宇宙的呢。
爱因斯坦刚开始计算场方程的时候啊,得出了个特奇怪的结论,哎呀,这宇宙咋还膨胀着呢?这可跟当时的观念不一样啊。为了能让这个方程算出符合当时想法的结果,就整出个「宇宙常数」来。
明摆着的事儿,要是宇宙真像牛顿和爱因斯坦那样的超级大腕儿说的,是「静止不变的」,而且按照爱因斯坦的相对论,啥物质都没法超光速的话,这才138亿年的宇宙,就像大伙心里纳闷儿的似的,咋就不应该长到465亿光年那么老大呢?
要是有人问伟大的爱因斯坦会不会也犯错呢,那准有人拿那个有名的「宇宙常数」来说事儿。了解爱因斯坦的都晓得,宇宙常数啊,那可是爱因斯坦弄出广义相对论之后,自己亲口承认的一个「错儿」。
嘿,在二十世纪三十年代那时候啊,人们还没彻底算出宇宙到底多大岁数,也没算出可视宇宙的直径是多少呢。当时那些天文物理学家啊,就从别的角度去琢磨宇宙是个啥状态了。
首先呢,英国有个科学家叫爱丁顿,他就纳了闷儿了。要是宇宙是纹丝儿不动的,可宇宙里的万物之间又都有万有引力,这咋回事儿呢?
要是在这个静止着的宇宙里有那么一丁点儿变化,俩天体或者物体之间的距离靠近了一丁点儿,嘿,那引力就跟着距离变近而变大喽,整个宇宙的平衡可就不好维持喽。反过来说呢,要是这一丁点儿变化是让俩物体之间的距离变大了一丁点儿,这是不是就意味着宇宙会一个劲儿地膨胀下去呢?
慢慢儿的呢,有那么一些科学家,瞅着那神秘得没边儿、让人压根儿搞不懂的「宇宙常数」,就对宇宙静止这理论不乐意了,开始挑刺儿。他们琢磨着,这宇宙啊,它是变化着的。可这宇宙到底是一个劲儿地收缩呢,还是一个劲儿地膨胀呢,这事儿还吵吵个没完,谁也说不准呢。
不过呢,这争论没持续多长时间。为啥呢?因为没几年,天文界的又一位大拿「哈勃」就闪亮登场了,还带来了特别惊人的发现呢。
爱丁顿之后呢,也有不少科学家一个接一个地提出宇宙膨胀的假说和模型。有个叫梅勒特的科学家,在爱因斯坦广义相对论的场方程里弄了个特殊的宇宙常数,就靠这个特殊的宇宙常数,他得出了宇宙是膨胀的这么个模型。
梅勒特没多大名气,他提的观点差点就在历史长河里找不着影了。巧的是,梅勒特提出宇宙膨胀模型后的第二年,有个叫哈勃的天文观测学家发现了件挺有意思的事儿。
哈勃老盯着银河系外边老远老远的星系瞅啊瞅的,瞅了老长时间之后发现,多数离得老远的星系都有「红移现象」呢。
嘿,咱也能简单了解下「红移现象」呢。科学家研究发现啊,要是有个星系被咱们瞅见之后,还一个劲儿地离咱们越来越远,那咱接收到这个星系发出的电磁波波段呢,就会一个劲儿地拉长,最后就跑到红外线波段去喽,这就叫做「红移现象」。反过来呢,要是被观测的星系跟观测的人越来越近,那就会发生「蓝移现象」啦。
刚开头的时候,哈勃也没搞明白这「红移现象」到底能说明个啥。毕竟宇宙里的星系都是在万有引力的规则下相互吸引着运动呢,有些星系离得远了,有些星系离得近了,这也算是正常事儿嘛。
可随着观测数据一个劲儿地收集啊,哈勃就瞅见了,差不多所有星系都在齐刷刷地均匀远离呢,嘿,这正好就跟梅勒特提出来的宇宙膨胀模型对上号了。
哈勃 - 梅勒特定律一公布,爱因斯坦麻溜儿地就把自己提出的场方程给修正了。打二十世纪三十年起,爱因斯坦研究宇宙的时候,就不再搭理那个额外加进去的「宇宙常数」喽。
梅勒特弄出个宇宙膨胀假设,这假设一成立啊,他又说宇宙是从一个「宇宙蛋」大爆炸产生的。他还说呢,要是大爆炸模型没毛病,那宇宙里肯定留着一种到处都是的微波背景。不管人从啥角度去瞅,都能收到这种微波噪音,大家就管这叫宇宙微波背景辐射呗。
1964年的时候啊,射电技术已经挺成熟了。美国的那些科学家就发现了这种宇宙微波噪音,嘿,这可给宇宙大爆炸理论结结实实地撑了一把腰呢。
宇宙膨胀这事被确定之后,人们紧接着就琢磨了:这宇宙膨胀的速度是咋样的呢?是越胀越快呢,还是越胀越慢呢?
1998年的时候啊,美国和澳大利亚各有一个科研小组,他们去瞅宇宙里那50多颗Ia超新星呢。这一瞅可不得了,就把宇宙正在加速膨胀这个事儿给证实喽。
嘿,人们都觉着宇宙里有个叫「暗能量」的玩意儿呢。这能量啊,咱了解得那可太少了。可就是这么个东西,它在那儿一待,就把宇宙弄得到现在还一个劲儿地加速膨胀呢。这发现可不得了,2011年的时候还得了诺贝尔奖呢,给咱人类解开宇宙这个大谜团又开启了一个全新的时代。
不过呢,等到十九世纪三十年代之后,宇宙膨胀学说里有个特重要的假设,就是宇宙打一开始是由一次大爆炸产生的。既然有个开头,还一个劲儿地变来变去,这么着,「宇宙的年龄」这个概念就冒出来了。
科学家们咋确定宇宙的年龄呢?科学家们琢磨着,直接把宇宙起源找出来,那可太难了,只能使别的招儿倒推。就好比宇宙诞生之后会按一定速度降温,这么着,就能量量宇宙现在的温度,再把别的综合因素一块儿考虑,反过来推断宇宙那神秘的年龄呗。
本来这个理论就不好施行,嘿,可到了二十世纪六十年代的时候,有俩美国科学家去探索宇宙奥秘,结果发现总有个噪音咋都去不掉。
他们可算是把招儿都想绝了,连接收天线上鸽子拉的屎都给清理干净了,可这噪音就跟钉子户似的,稳稳当当还在那儿呢。到后来才搞明白,嘿,这噪音哪是什么讨人嫌的玩意儿啊,它可是能给人带来大惊喜呢,闹了半天它就是那神神秘秘的「宇宙微波背景辐射」。
在科研那帮人的眼里呀,宇宙微波背景辐射就好比是用来倒推出宇宙年龄的一把钥匙。把这宇宙微波背景辐射仔仔细细地琢磨一番,再跟宇宙膨胀之类的各种事儿掺和到一块儿考虑,嘿,到了2013年,人类总算头一回特自信地宣称,咱这宇宙都已经138.2亿岁喽,可真是个老寿星啊。
【可观测宇宙直径的推测】
宇宙年龄多大,咱都晓得了。现在人又惦记上一个事儿,就是宇宙空间距离到底有多远呢?在这儿啊,人就弄出个「可观测宇宙」的概念。啥叫「可观测宇宙」呢?就是以咱地球为中心,人能观测到的宇宙呗。可科学家可不觉得咱现在观测到的地方就是宇宙的边儿,这不过就是人能观测的极限罢了。
不少人对「光年」这个在宇宙学说里老冒出来的单位,还迷糊着呢,嗨,其实光年就是个距离单位。
就好比啊,要是说有个天体离咱们10亿光年远呢,这10亿光年啊,说的就是一段距离。按理论来讲啊,咱们这时候瞅见的光,那可是这个天体10亿年之前发出来的呢。不过呢,这是没把哈勃常数算进去的情况,哈勃常数就是跟宇宙加速膨胀有关的那个东西。
要是把哈勃常数给引进来呢,按照科学家们仔仔细细算出来的结果,就拿地球当中心去瞅那些宇宙里的天体,哟,它们远离地球的加速度平均下来也是能测出来的呢。
所以啊,咱们现在能观测到的最老的光,那可是138亿年之前就有的。再算上哈勃常数之类的好些影响因素呢,就得出这么个结果:以地球为中心,在咱们周围有个神秘宇宙,它的直径能达到930亿光年那么大。
总的来说呢,人类到现在测定出来宇宙的年龄是138亿年,这就是个时间的概念呗。
宇宙一直都在加速膨胀呢。就拿哈勃定律,再加上咱们能瞅见的最古老的光来推算,嘿,能得出可观测宇宙的直径是930亿光年。这跟之前的可不一样,这是个距离的概念。得嘞,这么一看,这俩结论也不矛盾啊。