大爆炸理論錯了嗎?宇宙誕生了138億年,一顆恒星卻已有160億歲?

网瘾少女 2022/02/17 檢舉 我要評論
 

各種奇聞趣事好電影盡在「電影鋪子」喔!

 

什麼是宇宙呢?在中國古代初期, 「宇」與「宙」二字均是 建築或與建築物相關的專用名詞。

宇與宙

《詩經》中「八月在宇」中的「宇」具有屋簷、簷廊的意思;在《淮南子·冥覽訓》「鳳凰之翔,至德也……而燕雀佼之,以為不能與之爭于宇宙之間。」中「宙」則有房梁的意思。

但在《淮南子·齊俗訓》中,「宇」指 周圍無限的空間,「宙」指 古往今來無限的時間,這與現代宇宙的釋義十分接近。

無限的空間

在現代漢語中,「宇宙」為之相對應的英語是universe,在哲學中的概念是指一切物質及其存在的總體。通常「宇」是空間概念,指無限的空間; 「宙」為時間概念,指無限的時間。

現在隨著近代科學的不斷發展,現在的我們逐漸意識到了 宇宙原來是所有時間、空間和一切物質的總稱,包含著萬事萬物,規則定律

宇宙空間

紅移現象

宇宙中一顆恒星光譜線在其靜止不動時位于光譜的正中; 越靠近地球,光波波長變短,頻率就會升高,光譜線往光譜的紫色一端移動,這就是 「紫移」。當這顆恒星離我們遠去時,光波頻率變低,波長變長,光譜線就會往光譜的紅色一端移動,出現 「紅移」現象。

通過對光譜線朝那個方向移動的判斷,我們就能知道這顆恒星是在遠離我們還是在不斷靠近我們。

光譜上的紅移與藍移

1922年,美國天文學家愛德溫·哈勃開始觀測到,當恒星的光譜線到達地球上時,其光譜線在不斷地加長,不位于標準的波線上。換言之,光譜線在往光譜的紅端不斷靠近,這就是紅移現象的由來,也是 宇宙大爆炸的基礎理論

因此,哈勃得出了一個跨時代的發現,即: 不管往哪個方向看,遠處的星系都在急速地離我們遠去,近處的星系正不斷向我們靠近。換一種說法,就是 宇宙正在不斷膨脹中

星系紅移巡天資料

大爆炸宇宙論

「大爆炸宇宙論」(The Big Bang Theory)是現代宇宙學中最有影響的一種學說。它的主要觀點是認為宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期裡, 宇宙體系在不斷地膨脹,使物質密度從密到稀地演化,如同一次規模巨大的爆炸

宇宙大爆炸

而我們現有的宇宙就經歷過這樣一次大爆炸。爆炸初期,形成電子光子等物質形態,後隨著宇宙爆炸不斷膨脹,溫度和密度迅速下降。而 溫度的下降,又促使了原子分子的形成,並相互反映產生基礎的氣態。再之後,氣體氣體逐漸凝聚成星雲, 星雲進一步形成各種各樣的恒星和星系,最終形成我們如今所看到的宇宙。

恒星演化過程

其實,在大爆炸理論提出時,就受到了不少科學家的質疑,愛因斯坦就是其中之一。愛因斯坦在總結引力方程時,公式推導出來宇宙其實是一個 動態的宇宙,從未停止其動態變化。于是 愛因斯坦在公式中又添加了一個「宇宙常數」,用此保持宇宙靜態的計算結果

但在哈勃發現紅移現象後,愛因斯坦來到哈勃工作的威爾遜天文臺,親自驗證了紅移現象的準確性。後 愛因斯坦公開表示自己的靜態宇宙論是錯誤的,並且刪掉了公式中的宇宙常數

紅移與藍移

引力奇點

物理上的奇點是一個既存在又不存在的點。

而引力奇點是大爆炸宇宙論所說到的一個「點」,即「大爆炸」的起始點。該理論認為 宇宙(時間-空間)是從這一「點」的「大爆炸」後而膨脹形成的。

奇點是一個密度無限大、時空曲率無限高、熱量無限高、體積無限小的「點」,一切已知物理定律均在奇點失效。

宇宙大爆炸的奇點

宇宙的年齡

科學家們基于觀測到的宇宙膨脹速度和宇宙微波背景輻射等方面的資料,推算出現 宇宙來源于138億年前的奇點大爆炸

138億年這個資料是科學家們將理論和實際觀察資料放在一起考慮計算得來的。其中最主要的貢獻者就是紅移現象的發現者哈勃,他在1929年發佈的論文中提到了 哈勃定理,並給出了相應的計算公式。

天文家哈勃

哈勃定理中最重要的就是哈勃常數,而哈勃常數的倒數則展示了現有的宇宙重返未爆炸的奇點所耗費的時間。

哈勃常數是一個固定值,2013年歐洲航天局通過克朗普衛星的觀測結果,宣佈最新的哈勃常數值67.80±0.77(km/s)/Mpc(Mpc表示百萬秒差距,大約為300萬光年)。換言之,每增加 300萬光年的距離,星系遠離地球的速度就增大 67.8千米每秒

星系逐漸遠離地球

最後科學家們利用哈勃常數計算出現在宇宙的年齡,就是被大家熟知138億年。但是這個說法並不是完全準確的,因為那個時候的科學水準還不夠高, 對宇宙的認識是存在一定局限性的,而宇宙中有太多沒被人類發現的東西。

瑪土撒拉星——160億歲的恒星

在科學研究這條道路上,通過對宇宙的觀測,你會發現許多發現都不符合科學邏輯, 你認為不可能發生的事,就正發生這片神秘的宇宙中。

浩瀚無垠的宇宙

通過科學家的觀測可得知, 在距地球190光年的天秤座發現了新恒星--HD140283,目前被命名為瑪土撒拉星。它的運行速度為每小時130萬公里,它也是 宇宙中人們已知的最古老的恒星

一顆新發現的古老的恒星是沒有值得大家關注的地方的,但科學家對瑪土撒拉星的關注度卻是空前的。究其原因就是它的年齡非常非常的特別。2000年, 歐洲天文局依巴谷衛星測量資料計算出瑪土撒拉星足足有160億年的壽命

瑪土撒拉星概念圖

年齡悖論

瑪土撒拉星160億的年齡本身是沒有多大的問題的,但最大的問題就是 160億年和大爆炸理論計算出的宇宙138億年是相悖的。若宇宙只有138億年,則宇宙中的星星年齡怎麼會有160億年,比宇宙還長壽22億年,這顯然是十分不合理的。這就是著名的「年齡悖論」

然而瑪土撒拉星本身也沒有特別地方,它基本上是 由氫和氦構成,內部幾乎不含金屬元素,這與它的古老恒星的身份相符,因為在宇宙形成初期, 金屬原始是非常少見的

瑪土撒拉星所處環境構想圖

距離導致的誤差

星星比宇宙還先出現,這顯然是不符合邏輯的。對此賓夕法尼亞州立大學的天文學家霍華德·邦德和他的研究團隊專門深入探究了這個問題。為了能更加準確地確定瑪土撒拉星的年齡,他們收集整理並仔細梳理了 2003年-2011年間哈勃太空望遠鏡的各項資料,包括恒星的位置、距離和能量。

我們要知道,天文學家估算恒星的年齡很重要的一個方式是,利用距離和恒星的視覺亮度計算出恒星的實際亮度。一顆恒星的 實際亮度越亮,就說明這顆恒星 越年輕

恒星都會發亮

但瑪土撒拉星距離地球有190光年,這是一個非常大的距離,目前的科技水準還無法很準確地估算它的具體距離。而且190光年這個資料,對于我們來說也是 不明確的概念。因此190光年資料的不準確性,導致我們也十分難以判斷瑪土撒拉星的真實壽命, 會產生一個不小的誤差

瑪土撒拉星像一個火球

其他誤差

邦德的團隊認為從恒星融合理論模型來看,瑪土撒拉星外層核向內核擴散程度比大家估計得要更深一點,則內核反應能夠燃燒的氫也會遠遠低于人們對的估算,這樣就意味著 瑪土撒拉星的年齡會比大家計算是小的多

太陽內部產生的是核聚變反應

另一個可以證實瑪土撒拉星比計算更年輕的證據就是 氧的富含量,瑪土撒拉星的氧鐵比例遠遠高于預測數,而據研究顯示宇宙形成的前期,氧是稀有元素,因此這也意味著 瑪土撒拉星的實際年齡低于160億年

大爆炸理論錯了嗎?

邦德的團隊在經過重重考慮,多項因素同步分析下,最終在2014年估計 瑪土撒拉星的真實年齡大概在142.7億年,正負誤差8億年

瑪土撒拉星引發學術界多方探討

這就說明,在負誤差8億年的情況下,瑪土撒拉星的真實年齡是比宇宙138億年小的。可是在正誤差8億年時,宇宙年齡依舊是遠遠低于HD140283的。

這個意味著我們的宇宙大爆炸理論是錯的嗎?不,不是的。 這意味著我們應該重新審視宇宙大爆炸背景下的「138億年」這一數據

宇宙大爆炸構想圖

當初之所以如此確定宇宙的年齡為138億年,是因為 普朗克探測器提供的宇宙微波背景輻射圖完美驗證了這個模型。而通過宇宙微波背景輻射圖,科學家計算出宇宙138億年,這個資料的準確性是值得肯定的。

宇宙微波背景輻射圖

暗物質和暗能量

科學不能僅從一個角度看問題,正如宇宙的年齡不能只看宇宙微波背景輻射圖一樣。在哈勃等人提出宇宙大爆炸時,科學水準發展遠遠達不到現在的水準,因此也沒人會考慮宇宙中的 另一種含量巨大的物質和能量,這就是我們現在所說的 暗物質和暗能量

宇宙中的暗物質構想圖

以前暗物質和暗能量是我們不知道的存在,但現在我們已經基本確定了這兩種物質的存在,那麼在考慮宇宙年齡是我們就不應當忽略它的存在。

就目前的觀察得知 整個宇宙中暗物質和暗能量占總體的70%以上,現在看來,宇宙進化真正的主導者可能就是這兩種物質。如果將暗物質和暗能量考慮進去,宇宙的年齡可能就不是當前的138億年了,而是要 遠遠大于這個數字

各類物質占比

當然要想知道這兩種物質對宇宙真正的影響有多大,還需要寄託于科技水準的進一步提高。因為我們目前只能確定這兩種物質的存在,對它們其它方面,更深層的了解是基本沒有的。

平行宇宙論

科學家們不僅考慮了宇宙中近年來新發現的兩種物質,他們還有另一個方面的假設-- 平行宇宙論

平行宇宙構想

平行宇宙論就是指我們現有的現知的宇宙不是唯一的,在宇宙之外還可能存在其他我們未知的宇宙。而宇宙和宇宙的誕生時間並不是唯一的。我們可以知道我們的宇宙誕生于138億年前,而 在我們宇宙外面,還存在著比它更早誕生的宇宙

那顆古老的瑪土撒拉星就很可能是從年齡更大的宇宙穿越而來。這樣一來瑪土撒拉星160億歲的年齡也是 可以理解的。

瑪土撒拉星從宇宙中誕生

你肯定會想穿越是不現實的,但愛因斯坦做過這樣的猜想,他認為宇宙中存在一個 能穿越時空的隧道,而這個隧道關聯著不同的宇宙,這樣看來平行宇宙論也不是並無道理的。

依照現在的科學水準要弄明白宇宙的年齡是否真的是138億年、瑪土撒拉星是否真的有160億年這兩個問題還是遠遠不夠的。現在一切的資料,都是根據一些理論推算出來的,而 我們面對的是宇宙這一個充滿神秘的世界,只是推論產生的結果準確性還遠遠不夠。

宇宙空間

當然,隨著科技水準的不斷提高,面對宇宙,我相信我們還會遇到更多如「年齡悖論」一樣的難題。但是我們始終相信 隨著科技發展進步,一切的問題都能得到最終的答案,一切只是時間早晚的問題。

搶先看最新趣聞請贊下面專頁

用戶評論
你可能會喜歡