我们应如何测定宇宙的大小与年龄？天文学家给出了两种方法

王建新1

上图为哈勃太空望远镜在1996年和1997年拍摄的NGC4603星系的图像。天文学家利用这个星系中近50个造父变星确定了其距离为1.08亿光年。它是在hst的关键项目中用来确定哈勃常数值的最遥远的星系（作者：杰弗里纽曼（加州大学伯克利分校）和NASA）

据天文学家估算，宇宙大爆炸发生的时间大约在10-20万亿年之前。估算宇宙年龄的方法主要有两种：（1）寻找并调查最古老的行星（2）测算宇宙的膨胀率，以此推算出大爆炸的时间

第一、最古老的行星

天文学家能通过研究球状星团来测定一些最古老行星的年龄。球状星团由近百万行星密集集合而成，所有的球状星团大致都在同一时间产生。接近其中心的行星密度非常巨大。如果我们居住在球状星团的中心附近，那么我们身边就会有成百上千比半人马座阿尔法星还要近的行星，而半人马座阿尔法星是目前我们已知的距离我们最近的恒星。

行星的生命周期取决于它的质量。质量较大的行星亮度远高于小质量行星，因其剧烈地燃烧自身的氢气储备。一颗类似太阳的行星在核中存有足够多的气体，让其能够在保持当前亮度的情况下继续燃烧约九十亿年。一颗质量约太阳两倍的行星，其用以燃烧的氢气贮备大约仅能支持八亿年。一颗10“太阳质量”的行星（即一颗质量约太阳十倍的行星）燃烧亮度约太阳的一千倍，但其储氢量只能燃烧约两千万年。相对地，一颗只有太阳质量一半的行星将慢慢燃烧其核内的氢储备，延续超过200亿年。

因为球状星团中的行星大约都是在同一时间诞生的，所以这些星团能被用作宇宙的时钟。如果一个球状星团存在超过了100亿年，那么在星团中的所有氢燃烧恒星质量必然远小于10太阳质量。这意味着任何一颗氢燃烧行星的燃烧亮度都不会超过太阳的1000倍。如果一个星团存在超过20亿年，那么星团中将不存在任何超过2太阳质量的氢燃烧恒星。

而最古老的星团中只存在不到0.7太阳质量的的恒星，如此小质量的恒星亮度远低于太阳。这意味着最古老的星团大约存在了11-18万亿年。估算中的不确定性源于精确测定球状星团距离的困难（这将影响对星团中恒星亮度和质量的测定）。另一个在估算中存在的不确定性源于我们对恒星演化细节的认知缺失。

第二、推算大爆炸的时间

另一个估算宇宙存在时间的方法就是测定“哈勃常数”。哈勃常数（简称H0）是对宇宙当前膨胀率的一种度量。宇宙学家用此度量来推断大爆炸。这种推断取决于宇宙的当前密度以及宇宙的组成。

如果宇宙是平的，并主要由物质组成，那么宇宙的年龄就是2/（3H0）。如果宇宙中的物质密度很低，那么它的外推年龄就更大：1/H0。如果广义相对论被修正为包含一个宇宙学常数，那么推断的年龄就可能会更大。

许多天文学家正在努力用各种不同技术测量哈勃常数。目前对H0的最佳估计范围为50 -100公里/秒/兆帕秒。若用更为熟悉的计量单位，那么天文学家认为1/H0大约在100亿-200亿年之间。

如果我们比较这两个宇宙年龄的测定方法，就会发现潜在的危机。如果估计1/H0只有100亿年的天文学家是正确的，那么宇宙的年龄将比最古老的恒星的年龄短。这一矛盾意味着要么大爆炸理论是不正确的，或者我们就需要通过增加宇宙常数的方法来修正广义相对论。

一些天文学家认为，随着我们的测量精度提高，这场危机就会过去。如果测量了1/H0的较大值的天文学家是正确的，而对球状星团年龄的较小估计也是正确的，那么它们对于大爆炸理论来说一切都可能是有利的。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. nasa-碎瑜之喜

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原文地址：今日头条