宇宙最大争议升级！宇宙的真实年龄，只有114亿岁？

[db:标签]��据现有的天文学数据，宇宙诞生于大约137亿年前的一次大爆炸。但是最近，诸如“宇宙的年龄只有114亿年”之类的报道席卷了物理学网站。哈勃常数的新测量方法与宇宙年龄之间有什么关系？宇宙真的比我们预期的年轻吗？

作者|张华

编辑|吴飞

哈勃常数争议

对宇宙年龄的估计是基于生命值。——是哈勃常数。哈勃常数是宇宙膨胀率的特征，在宇宙学研究中具有根本地位。但是令人尴尬的是，直到现在，我们还无法确定哈勃常数的确切值，因为通过两种主流方法测得的哈勃常数存在明显的差异。

其中一个值是根据宇宙微波背景辐射计算得出的。该方法测量宇宙微波背景辐射中重子振荡的幅度。代入冷暗物质的宇宙学模型后，哈勃常数的值为67.8 km/s/Mpc。

由诺贝尔奖获得者亚当·里斯（Adam Rees）领导的团队领导的另一个答案是，他们的观测是IA超新星（由双星系统形成的超新星）和造父变星。 （与亮度和脉动周期直接相关的变星）。 IA超新星的亮度非常固定，造父变星的亮度是周期性的。这些定律的存在使它们成为宇宙中的“标准光源”。天文学家通过恒星光谱的红移结合测得的绝对距离，以74 km/s/Mpc计算哈勃常数。这种方法的问题在于，只能根据相对距离猜测超新星的绝对距离，而不能直接测量。

此后，一些科学家试图通过其他方法解决哈勃常数争议，但是问题变得更加复杂。就在今年7月，芝加哥大学的研究小组将红色巨星用作“标准烛光”，哈勃常数69.8 km/s/Mpc——仍然与以前的答案不同。

现在，在德国马克斯·普朗克研究所的Inh Jee等人于《科学》发表的一项研究中，使用了一种新的方法——引力透镜来获得新的答案：82 km/s/Mpc。当然，由于当前可用的数据量有限，整个分析的误差很大，上下误差约为8 km/s/Mpc。换句话说，在这项研究中测得的哈勃常数在74至90 m/s/Mpc之间。根据82 km/s/Mpc的平均值，宇宙的年龄只有114亿年，比原始的137亿年（至少20亿年）年轻33,354年。

哈勃常数与宇宙年龄

哈勃常数与宇宙年龄之间有什么关系？为什么哈勃常数更大而宇宙的年龄更小？

宇宙在扩展，每个时刻的大小都不同。我们将每个时刻t的宇宙大小记录为函数a（t）。应该指出的是，宇宙的膨胀速度并不均匀。 ——宇宙最初减速。大约50亿年前，宇宙开始加速。即，a（t）对时间的导数不是恒定的。

为表征该过程，我们定义了哈勃参数H（t）：

在此定义中，分母是宇宙的大小，分子是时间的导数。在t=0（我们到达的时刻），哈勃参数的值是哈勃常数。

从大爆炸到当前的a（t），您可以获取宇宙的年龄。从积分的结果可以看出，如果哈勃常数较大，则宇宙的年龄较小。

为什么Huber常数更大？宇宙的年龄越小，它越直观。由于哈勃常数给出了宇宙的膨胀率，因此值越大，宇宙膨胀的速度就越快，因此宇宙可以在更短的时间内膨胀到当前大小。

引力透镜

从哈勃参数的定义可以看出，要获得哈勃常数，宇宙的大小（即空间距离）必须为测量。但是，在天文学中，只能测量红移，而不能测量距离。 因此，天文学家的主要任务之一是产生红移和距离函数，该函数与分析化学中常用的标准曲线相似。使用此曲线，可以通过红移恒星来确定宇宙中的距离。

Inh Jee等。在最新研究中，使用重力透镜绘制了“标准曲线”。

爱因斯坦建立相对论的一般理论后，在1919年，爱丁顿领导了日全食实验，以证明重力可以使光弯曲。因此，可以将比重场视为透镜。在宇宙中，一些巨大的星系可以看作是一个透镜系统。

图形引力透镜图

Inh Jee等人。选择了两个重力透镜系统，即编号为B1608 + 656和RXS J1131-1231的星系。对于透镜，还需要合适的光源。 研究团队选择了两个类星体（宇宙中最亮的天体，其射线很可能是由中央大质量黑洞中周围物质的积累产生的），而两个源的红移为Z=0.295（距离来自地球）。 38亿光年）和Z=0.6304（距离地球约75亿光年）。作者使用两个重力透镜分别测量源。

为此，他们依靠一种称为“延迟镜头”的特殊效果。加州大学洛杉矶分校天体物理系博士后研究员丁绪恒告诉《环球科学》：“在强大的引力透镜系统中，来自光源（类星体或超新星）的光被巨大的星系吸引并弯曲形成

示意图；根据时间差，结合对重力透镜图像的分析，天文学家可以测量光源与透镜体与地球之间的距离。通过“延迟镜头”进行测距

使用以上数据，可以校正镜头距离和红移之间的对应关系。 结合对740 IA型超新星数据的校对，研究人员获得了标准曲线。因此，他们得到的哈勃常数为82.4 km/s/Mpc，这将使宇宙的年龄变成约114亿年。如果数据准确，那将是对当前公认的宇宙年龄的巨大修正。

由两个类星体和740颗超新星绘制的标准曲线（A）

但是，应该指出的是，这种新的实验思路虽然微妙，但仍然相对粗糙。该论文还强调，由于目前仅使用两个重力透镜，因此测得的距离精度不够。因此，说宇宙的年龄已经更新还为时过早。但是毫无疑问，这种方法是对哈勃常数现有结果的有用补充。随着观测数据的丰富，最终将解决哈勃常数的争议。

原始论文：

https://science.sciencemag.org/content/365/6458/1134