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自从宇宙微波背景辐射被探测后,一大批科学家都兴奋的投入到这个领域中。宇宙学家自从发现了微波背景辐射后,相当于找到了宇宙诞生时刻的光子,这些光子跨越了100多亿年的漫漫时空来到地球,当研究宇宙的微波背景光子时,也就是在端详宇宙大约138亿年前的模样,于是全世界投入了大量的人力物力,见到了一个又一个精密无比的天文仪器。
从宇宙背景辐射的探测数据中,他们发现整个空间的辐射是完全均匀的,无论把天线指向哪里,辐射的温度都是2.725k左右,也就是说宇宙的大火球的温度极为惊人的均匀一致。
宇宙学家们将这个谜题称之为视界问题,这个谜题不但困扰着无数的物理学家和宇宙学家,也困扰着在美国斯坦福直线加速器中心工作的理论物理学家阿兰古斯思 Alan Guth,他在1979年首次提出了一个理论,后来又经过几个科学家的关键改进,成功的解决了困扰学界多年的视界问题,并且被物理学界广泛接受,这就是大名鼎鼎的暴胀理论。
暴胀理论也是严格的依据广义相对论计算出来的。这个暴涨的速度有多快呢?根据可信数据也是维基百科的数据,也就是10的26次方倍。我根据这个数据计算,差不多就是一粒灰尘膨胀到10个银河系的尺度。这种规模的膨胀是我们这些凡夫俗子穷尽一切想象力也无法真正理解的。
对于一个科学理论尤其是理论物理来说,有两样东西很重要,一个是数学上的严格推导,还有一个就是能得到观测数据的实证。暴涨理论要得到科学共同体的认可也一样需要实证,那么能否做出一些可以被检验的预言呢,是可以的。在理论物理学的共同努力下,其中也包括大名鼎鼎的霍金,他们发现空间的快速膨胀并不会导致辐射的绝对均匀。
预言已经提出,接下来就是观测实证,一九八九年十一月十八日在美国的范登堡空军基地一只戴尔塔火箭冲天而起把一个价值上千万美金的探测器发射到了太阳同步轨道上,这就是人类发射的第1个宇宙微波背景辐射探测器。在物理学家乔治斯穆特和约翰马瑟的领导下,有1000多位研究人员,为了这台探测器忙碌着。两年多后,1992年4月23日,他们宣布了一项激动人心的发现,宇宙微波背景辐射的温度涨落找到了,而且和理论预测相符的很好。这条消息登上了全美各大报纸的头条,整个科学界为之兴奋,这又是广义相对论的一次重大胜利。2006年的诺贝尔物理学奖,就颁给了乔治斯穆特和约翰马瑟以表彰他们的这次重大发现。
我们再来谈谈宇宙的年龄是怎么计算出来了?宇宙年龄是指以我们地球为参考系,自宇宙大爆炸发生的那一刻起到现在所流逝的时间总和。既然宇宙是在膨胀中,那么宇宙的速率是一个常数,一个定值说得更通俗点,就是膨胀速度是匀速的,也就是我们之前所说的哈勃常数。
那么我们就可以计算出宇宙从一个点膨胀到现在的尺度,需要的时间,这个时间其实就是哈勃常数的导数。用1除以哈勃常数得到的数值就是宇宙的年龄。哈勃常数测量的越精确,宇宙的年龄也计算的越精确。
人类对宇宙年龄的计算结果,随着一个个太空望天文望远镜和宇宙微波背景辐射探测器的升空,一次次朝着更精确的值修正。根据2015年欧空局普朗克卫星所得到的最佳观测结果,结合之前的数据积累,我们现在得出的宇宙年龄是137.98±0.37亿年。
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