哈勃宇宙图(哈勃望远镜图片)

哈勃宇宙图(哈勃望远镜图片)

简介:最新的研究表明宇宙已存在137.72亿年。通过ACT科学家能够确定年轻宇宙的许多行为,包括其年龄。结合威尔金森微波各向异性探测器(或WMAP)的结果,他们的年龄为137.7亿岁。

宇宙可能已存在137.7亿年。也可能稍小于这个数值,我们不能确定。

年龄神秘的宇宙,难以捉摸的哈勃常数,宇宙之谜能否揭开?

发表的两篇论文表明宇宙已经存在137.772亿(±390亿)年。

多酷!这与早期以类似方法测量的宇宙年龄一致。这也很酷。

但也有不酷的地方,这似乎并没有减少因不同测量方式产生的差异。不同的测量方式得出了一个与之小了几亿的年龄。这看起来也许不是个大事,但这真的是个大问题。两组方法应该测量出一样的年龄,但并没有。这意味着我们忽略了宇宙的一些基本问题。

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我们使用智利的阿塔卡玛宇宙望远镜(ACT)做了新的观测。它是一个六米长的蝶形望远镜,对光谱介于红外线和无线电波之间微波部分的亮度很敏感。当宇宙还很年轻时,它特别炎热且密实,但是大约在宇宙大爆炸38万年之后,它因冷而变得透明。那时,它和太阳表面一样炎热,它发出的光或多或少已经成为光谱的可见部分,为我们肉眼可见。

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但是宇宙自那时起已经膨胀了很多。这些光在到达地球时已经损失了很多能量来对抗膨胀,也发生了红移(光谱的谱线向红端移动),即波长变得更长。它现在位于光谱的微波部分。它到处都是,存在于天空的每个部分,所以我们把它叫做宇宙微波背景,简称CMB。

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大量的信息被储存在光中,所以在宇宙刚38万岁时,我们就可以通过ACT(阿塔卡玛宇宙望远镜)观测天空,估量宇宙的状况。

ACT(阿塔卡玛宇宙望远镜)观测范围有15000平方度,超过了整个天空的三分之一!通过观测约5000平方度的范围,他们能够确定还年轻的宇宙的许多行为,包括它的年龄。结合威尔金森微波各向异性探针(简称WMAP)的结果,他们得出了宇宙137.7亿的年龄。这也和欧洲普朗克任务的数值相符合,该任务同样测量了早期宇宙的微波。

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阿塔卡玛宇宙望远镜做了关于早期宇宙的一份大调查,显示了宇宙大爆炸留下的辐射中微小的温度波动。这些变化最终形成了银河、星辰和你。

他们也能测量宇宙膨胀率。20世纪20年代第一次发现了宇宙膨胀。天文学家发现离我们越远的物体远离我们的速度越快。离我们两倍远的物体仿佛正在以两倍快的速度远离我们。这种膨胀率被称为哈勃常数,它是用单位距离的速度来衡量的:物体移动的速度与距离的比值。

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新的观测得出这个常数值为67.6±1.1公里每秒每百万秒差距(百万秒差距缩写为Mpc,是关于天文学的某些方面便利的距离单位,等于326万光年;比到仙女座星系的距离远一点)。因此,由于宇宙膨胀,距离我们1Mpc的物体应该以67.6千米每秒的速度远离我们,距离我们2Mpc的以135.2千米每秒的速度远离,以此类推。比这复杂一些,但主要就是这样。

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现在存在着一个问题。有很多种方式测量哈勃常数,比如观察遥远星系中的超新星、用引力透镜观测、观测遥远星系中的巨大气体云等等。很多方法都得到了一个更大的数值,大约73km/sec/Mpc。这些数字是相近的,让人在某种程度上放心。但仍然存在着令人费解的差距。它们应该是一致的,但它们并不是。

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他们也得到了宇宙的不同年龄。越大的哈勃常数意味着宇宙膨胀得越快。基于此宇宙并不需要太多的时间就能达到现在的大小,这意味着它更年轻。较小的常数则意味着宇宙更古老。虽然宇宙膨胀率看起来神秘,但它与更基本的宇宙年龄概念直接相关。也正是由于难以捉摸,两组方法得出了不同的数值。

哪一个才是对的呢?这是一个很难回答的问题,甚至是一个错误的问题。更好的问法是:为什么他们不一致?

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很明显,这两个方法都是正确的。他们测量了宇宙不同的两个部分。那些观测宇宙微波背景辐射的人是在宇宙存在不足100万年的时候观测的。另一部分人则是在宇宙已经存在几百万年的时候观测的。也许膨胀率在那段时间改变了。

换言之,我认为哈勃常数并不是一个常数。

方法本身也许会有问题,但已经用许多方式检验过,而且每组都使用了多种不同的方法检验,似乎不太可能出现这种情况。

这显然是宇宙的错,而非我们的。或者更好的说法是错在我们测量宇宙的方法。它在做它该做的。而我们只要找出原因。

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有关该问题已经发表了许多论文,毫不夸张地说,它是目前宇宙学中最大最棘手的问题。

仅个人观点。获得博士学位后,我的第一份工作是简单研究宇宙背景探测器COBE的一个部分,通过它观察宇宙微波背景(CMB)并确定了宇宙大爆炸是真的。那时的测量是不错的,但仍有进步的空间。然后威尔金森微波各向异性探测器(WMPA)诞生了,再之后是普朗克,还有现在的阿塔卡玛宇宙望远镜(ACT)。这些测量工具都有难以置信的准确。天文学家称其为高精度宇宙学,这是一种内部笑话。很长一段时间,我们几乎没有任何关于这些数值的想法。

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