宇宙到底有多老？一项新的理论表明，它存在的时间是我们认为的两倍

汪雨甘捍

邻近银河系的星系NGC 6822正在被研究，以了解更多关于早期宇宙中恒星和尘埃的信息。鸣谢:美国宇航局/詹姆斯·韦伯太空望远镜

（）据《对话》（Rajendra Gupta）：詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)对早期宇宙的观测不能用目前的宇宙学模型来解释。根据大爆炸膨胀宇宙的概念，这些模型估计宇宙的年龄为138亿年。

我的研究提出了一个确定宇宙年龄为267亿年的模型，这解释了JWST“不可能的早期星系”的观察。

不可能的早期星系指的是这样一个事实，即一些可以追溯到宇宙黎明的星系——大爆炸后的5亿至8亿年——具有类似于那些经历了长期进化的圆盘和凸起。尺寸较小的星系显然比较大的星系质量更大，这与预期完全相反。

频率和距离

这个年龄估计是通过测量遥远星系发出的光的谱线红移，从宇宙的膨胀速率中得出的。早期对红移的解释是基于这样的假设，即光在穿越宇宙距离时会损失能量。这个“疲倦的光”的解释被拒绝，因为它不能解释许多观察。

光的红移类似于声音的多普勒效应:噪音靠近时频率较高(音调)，远离时频率较低。红移是一种较低的光频率，它表明物体正在远离我们；星系距离越大，退缩速度和红移就越高。

对红移的另一种解释是多普勒效应:遥远的星系正以与其距离成正比的速度远离我们，这表明宇宙正在膨胀。在为贝尔实验室工作的两位天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊于1964年意外发现宇宙微波背景(CMB)辐射后，膨胀宇宙模型受到了大多数天文学家的青睐，稳态模型无法令人满意地解释这一现象。

膨胀速度实质上决定了宇宙的年龄。在20世纪90年代哈勃太空望远镜发射之前，膨胀速率的不确定性估计宇宙的年龄在70亿到200亿年之间。其他观测得出了目前公认的138亿年的数值，将大爆炸模型放在了宇宙学的基座上。

以前模型的局限性

去年发表的研究提出用累光模型解决不可能的早期星系问题。然而，疲劳光不能令人满意地解释其他宇宙学观测，如超新星红移和宇宙微波背景的均匀性。

我试图将标准的大爆炸模型与疲劳光模型结合起来，看看它如何适合超新星数据和JWST数据，但它并不适合后者。然而，它确实将宇宙的年龄增加到了193亿年。

接下来，我尝试创建一个混合模型，包括疲倦光和一个宇宙学模型，这个模型是我基于英国物理学家保罗·狄拉克在1937年提出的演化耦合常数开发的。这两个数据吻合得很好，但是宇宙的年龄几乎翻倍了。

新模型将星系形成时间延长了标准模型的10到20倍，为观察到的进化良好的“不可能”早期星系的形成提供了足够的时间。

与任何模型一样，它需要为标准宇宙学模型所能满足的所有观测提供一个令人满意的解释。

混合模型

混合两种模型来解释新的观察结果的方法并不新鲜。艾萨克·牛顿在他的光理论中认为光是以粒子的形式传播的，这一理论一直盛行到19世纪被光的波动理论所取代，以解释用单色光观察到的衍射图案。



一个估计有5亿年历史的星系，使它成为我们所看到的最年轻的星系之一。鸣谢:NASA/ESA哈勃太空望远镜

阿尔伯特·爱因斯坦复活了光的粒子性质来解释光电效应——光具有双重特性:在一些观察中是粒子状的，而在另一些观察中是波状的。从那以后，人们公认所有的粒子都具有这种双重特性。

另一种测量宇宙年龄的方法是估计我们银河系球状星团中恒星的年龄。球状星团包括多达一百万颗恒星，所有这些恒星似乎都是在早期宇宙中同时形成的。

假设所有的星系和星系团同时开始形成，那么星系团中最古老恒星的年龄应该可以提供宇宙的年龄(减去星系开始形成的时间)。对于一些恒星，如被认为是银河系中最古老的玛士撒拉，天体物理学模型得出的年龄大于使用标准模型确定的宇宙年龄，这是不可能的。

爱因斯坦认为，在任何时候从任何一点观察到的宇宙都是一样的——均匀的、各向同性的、永恒的。为了解释在这样一个稳态宇宙中观察到的遥远星系的红移，红移似乎与它们的距离成比例增加(哈勃定律)，瑞士天文学家弗里茨·兹维基在1929年提出了累光理论。

新信息

虽然哈勃太空望远镜的一些观察确实指向了不可能的早期星系问题，但直到2021年12月JWST的发射，以及它自2022年年中以来提供的数据，这个问题才得到坚定的确立。

为了捍卫标准的大爆炸模型，天文学家试图通过压缩形成大质量恒星和原始黑洞以非物理的高速率吸积质量的时间线来解决这个问题。

然而，一个共识是发展新的物理学来解释这些JWST观测。