宇宙的年龄是怎样测算出来的？有没有检验这个年龄的方法？

毛当归搜

“青春是大自然的礼物，老年是一件艺术品。”——stanislaw Jerzy Lec

20世纪关于宇宙最伟大的故事，就是我们为宇宙的起源问题提出了一个看似合理的理论，我们认为宇宙诞生于炽热、稠密、快速膨胀的状态，并经过冷却发展到了今天的状态。这是一个随时间演化的漫长过程，因此这就又给我们提出了一个新的问题：既然宇宙是从无到有的，就像一个人从诞生到成年，那么宇宙现在的年龄是多少？也就是说，我们可以用多少种独立的方法来测量宇宙的年龄？

其实有很多种测量方法和证据都指向了138亿年的宇宙年龄，可以说跟指向暗物质的证据一样多。但事实上只有两个证据看起来比较靠谱。

根据宇宙的膨胀率就可以宇宙的年龄

既然我们认为宇宙是从热大爆炸的状态膨胀到今天的模样的，那么我们就可以根据它的膨胀率来得出宇宙的年龄。

我们知道当今的宇宙一直在膨胀冷却，那么我们就可以很容易想到宇宙的过去的时候体积更小、温度更高、密度更大，因为很明显，你不断地压缩一个东西就会导致这样地结果。这是时候不仅是物质粒子之间挨得更近，而且单个光子的能量也会不断地增加。因为膨胀的空间既然可以拉长光子的波长，那么收缩的空间光子波长会更短，而波长又决定了光子的能量，因此我们认为早期的宇宙炽热、稠密。

如果我们不断回溯宇宙的历史，这种能量的增加会让我们达到一个宇宙诞生的早期时刻。

也就是我们所说的热大爆炸当时的状态和阶段！

我们经常会说宇宙的早期阶段有一个“奇点”，但我们要正确理解这个“奇点”说的是什么意思，它并不是一个无限小的质点，而是一个物理学崩溃的阶段，这个时期的宇宙已经膨胀到非常大的范围了。因为我们知道，在此之前宇宙还经历了暴涨阶段（空间呈指数膨胀，宇宙被迅速拉伸），正是这个过程诞生了热热大爆炸的状态。

由于宇宙的暴涨阶段抹去了一些可观测的信息，所以这个阶段中宇宙发生了什么我们并不是很清楚，它什么时候开始，什么时候结束的也不确定。因此我们说“宇宙年龄”的时候，一般就指从热大爆炸状态到今天我们看到的宇宙经历了多长的时间。

根据广义相对论，我们知道宇宙的组成成分可以影响宇宙的膨胀历史，而宇宙膨胀的历史又可以告诉我们宇宙的年龄是多少。

换句话说，如果我们知道今天的宇宙是怎样膨胀的，并且了解宇宙的组成分成，我们就能知道宇宙在其整个历史上是怎样膨胀的。我们从大量的观测事实中了解到了当今宇宙的膨胀率和组成成分，包括：

要想知道宇宙今天的膨胀率以及宇宙中的天体离我们距离，我们可以通过测量宇宙中的恒星、星系和超新星的光度变化得出它们离我们距离，然后通过星光红移得出宇宙的膨胀状态，这告诉我们宇宙中可能存在这一种未知的能量形式。

通过测量宇宙中大尺度结构的聚集方式，以及对星系、星系团质量、旋转特性的测量，我们就可以知道宇宙中存在着一种未知形式的暗物质。

通过对宇宙微波辐射温度波动的测量，我们就能更加确定的知道这些组成成分的比例是怎样的。

当然这个过程肯定比较复杂，但是仅仅是以上的方式，我们就能知道当今的宇宙中有：

68%暗能量，27%暗物质，4.9%普通物质，大约0.1%的中微子，大约0.01%的辐射粒子

现在我们知道了当今宇宙的膨胀方式，也知道了宇宙中所有形式的能量密度，还知道这些不同形式的能量是如何影响宇宙的膨胀率，因此我们就能知道宇宙在其历史上的每个阶段是如何膨胀的，以及宇宙的年龄是多少。

虽然我们知道今天的宇宙的膨胀率，但我们不能直接通过这个碰撞率和天体的目前离我们的距离来算宇宙的年龄，因为宇宙的膨胀率在其历史上是一个变化的过程，有物质和辐射掌控的宇宙是一个减速的过程，而有暗能量掌控的宇宙是一个加速的过程。但是我们知道了宇宙中的各个组成成分如何影响宇宙的膨胀率，以及如何随着宇宙的膨胀其能量密度会发生怎样的变化。

所以我们就可以系统的去测算宇宙的年龄，当然这个过程是很复杂的。

但根据以上的不同的阶段我们确定出来的宇宙有138.1亿年的历史。这是从理论中的出来的宇宙年龄。

但是我们还有另外一种直接测算宇宙中古老天体年龄的方法，来对以上的理论年龄进行检验。

虽说我们无法直接算宇宙的年龄，但我们可以算宇宙中最古老天体的年龄，而且这些天体的年龄一定不会超过宇宙的年龄。

我们目前对宇宙中的恒星的演化十分了解，知道它们发光发热的方式，以及这些恒星如何在其一生中消耗燃料、演化和死亡。在一个恒星的壮年时期也就是主序星阶段，它燃烧的主要过程就是将氢聚变为氦，颜色、光度和大小都十分稳定。

但是当恒星耗尽氢燃料以后，恒星就会脱离主序星阶段，演化为红巨星或红超巨星。

我们知道单个恒星的运作方式，也就是我们可以根据其光度、质量这些信息确定单个恒星的年龄。

因此我们就可以观察星团中所有已经脱离主序星阶段的恒星，我们就可以计算出这个星团的年龄。通过观察那些重元素含量低、质量小的球状星团，我们发现最古老的星团有132亿年的历史。

在宇宙中，星团的年龄在120亿以上的十分普遍，但年龄在140亿年的目前我们根本没有发现。总之，这两种方法是确定宇宙年龄最好的办法，一个是通过宇宙的演化历史，一个是通过宇宙中现存最古老的恒星。第二种方法可以给我们一个参考，不论你算出的宇宙年龄是多少，都不可能比这些星团还要小。

原文地址：今日头条