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宇宙年龄

观测表明,星系在彼此远离,由此可推测它们过去相距较近,以至在过去某个有限时刻曾经挤在一个很小的体积内。这个时刻称为大爆炸。如果宇宙从大爆炸以来一直以恒定速率膨胀,则按照哈勃定律

,它的年龄就应该等于星系的距离
除以其退行速度
,即哈勃常数的倒数
。这个年龄称为哈勃年龄。实际上,由于物质之间的引力和暗能量(比如宇宙学常数
)的斥力作用,宇宙膨胀可能减速或者加速而非保持恒定,因此宇宙的实际年龄
和哈勃年龄会有一定的差距。对于
,两者的比值决定于宇宙今天的密度参数
。当
(平坦宇宙)时,按标准模型计算,宇宙实际年龄只有哈勃年龄的2/3。若令
100
千米/(秒·百万秒差距),则
6.55
吉年(1吉年=109年)。式中
为无量纲哈勃常数,测量值多年来徘徊在0.6~0.8之间,2010年前后的测量值接近0.7。

宇宙年龄的下限可通过测定各种天体的年龄来估计。测定地球上古老岩石、月岩、陨石中某些同位素含量之比,可估计太阳系的年龄。如238U会蜕变为206Pb,半衰期为65亿年。假定岩石中的206Pb全部由238U蜕变而成,通过测定这两种同位素之比可估计太阳系的年龄为46亿年。由于铀不能在太阳这样的恒星内部产生,而只能是前代恒星超新星爆发的产物,其年龄应该更老。铀235U和238U两种同位素理论上的生成比为1.71,因前者的半衰期比后者短(235U蜕变为铅207Pb的半衰期约10亿年),故由两者当前的测量值1/140不难算出铀的年龄约为66亿年。银河系的年龄可由其中的星族,特别是球状星团的年龄来约束。每个球状星团中的恒星可认为是同时诞生的,具有相同的化学组成,只是质量不同。根据恒星演化理论,它们在颜色–光度图上形成一条清晰的轨迹。这条轨迹的形状,特别是其转向点与星团年龄相关。利用理论轨迹拟合观测数据,可定出最老球状星团的年龄约150亿年(误差20%)。考虑到银河系形成的时间约10亿年,这样得到宇宙年龄应不小于130亿年。较可能的值在140亿~150亿年之间。对于上述

,
的模型,无量纲哈勃常数
须小于0.5。这与近年来,特别是哈勃空间望远镜的观测结果不符。模型同观测的矛盾提示了宇宙学常数
可能不等于零的迹象。根据2001年美国国家航空航天局(NASA)发射的威氏微波各向异性探测器(WMAP)卫星对微波背景辐射各向异性最新观测数据的分析,2018年得到暗能量密度参数
0.69,物质密度参数
0.31,哈勃常数
0.6766±0.0042,
137亿年。

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