宇宙的年龄算错了?它可能比我们预估的年轻10亿岁

人的一生中,或多或少总有失去时间概念的某一刻,而这一次,全球的天文学家们似乎全中招了。据美国NBC新闻5月18日报道,一项最新的研究表明,宇宙大爆炸发生在125亿-130亿年前,而非此前所称的138亿年前,科学家们可能高估了宇宙的年龄超过10亿年。

这一惊人的发现迫使科学家们开始重新思考,从宇宙大爆炸到今天的发展历史,而这是人类发展史上最关键的一部分。

“大爆炸宇宙论”是现代宇宙学中最有影响的一种学说。图据《新科学家》杂志

此前关于宇宙年龄的估算有误

失去时间概念尤其令人烦恼,特别是在充满神秘的宇宙中,它的年龄被视为少数几个几乎可以确定的因素之一。

据NBC新闻报道,2013年,欧洲普朗克太空望远镜对宇宙辐射的详细测量似乎得出了关于宇宙年龄的最终答案:138亿年。接下来,科学家们只需利用对其他星系中亮星的独立观测来验证这个数字。

然而,这之后却发生了令人意想不到的转折。

包括诺贝尔奖得主、天文学家亚当·里斯在内的几个研究小组开始进行独立观测。然而,他们非但没有验证普朗克的测量结果,反而得出了与之截然不同的结果。

亚当·里斯计算得出,宇宙只有125岁到130亿岁,而最初的计算表明,宇宙的年龄在136亿年到138亿年之间。里斯的结果比之前的估算,少了大约10亿年。

“嘿,这是个好消息。”里斯对美联社说。“每个人都喜欢看起来更年轻。”5月18日,一篇关于这项研究的论文发表在《天体物理学杂志》上。

对邻近星系星系团的研究进一步证明,宇宙比预期的更年轻,膨胀速度更快。图据NBC新闻

宇宙膨胀速度比估算的快了9%

那么,宇宙要比估算年轻10亿岁的结论是如何得出的呢?

这需要追溯到1929年,当时的天文学家埃德温·哈勃发现,星系正从地球的各个方向逃离。更令人震惊的是,哈勃发现这些星系距离越远,它们逃离的速度就越快,这种模式意味着它们都在逃离彼此。里斯解释道:“只有当空间在膨胀时,这一切才有可能成为现实。”

这一发现成为了后来的“哈勃定律”,而哈勃定律中的常数值“哈勃常数”,则用来计算宇宙扩张速度。一些科学家将哈勃常数称之为“宇宙学中最重要的数字”,即研究宇宙起源与发展。

正在膨胀的宇宙意味着,宇宙有一个确定的年龄,这个过程可以追溯到宇宙空间中所有东西都挤在一起,处于一种极其密集、炽热的状态的时候,也就是我们所谓的宇宙大爆炸。天文学家们意识到,通过测量星系之间的分离速度,他们可以算出这一时刻。他们所要做的就是,弄清楚如何准确地测量。

而直接观测其他星系的困难是科学家们发明普朗克太空望远镜的原因之一,它被设计用来探测大爆炸遗留下来的辐射。如果能正确解读,辐射的模式可以告诉我们早期宇宙的确切物理状态。原则上,普朗克望远镜的读数帮助我们了解,宇宙是由什么构成的,以及它的年龄。

普朗克的确做到了,它告诉我们,宇宙的26%是由暗物质组成的,这是一种无形的物质,帮助星系聚集在一起。它还证实了一个令人惊讶的发现,即宇宙由暗能量主导,暗能量是一种未知的力量,渗透到所有的真空中。

图据NASA

最令人满意的是,普朗克望远镜最终完成了哈勃开始的工作,确定了宇宙膨胀的速度和存在的时间。然而,芝加哥大学宇宙学家温迪·弗里德曼和亚当·里斯,以及他们的同事,并没有放弃继续另一种确定宇宙年龄的方法研究。他们不断改进观测结果,现在正接近1%的精确目标。也正是因为他们的工作,才出现了如今的争论。

NBC新闻报道,亚当·里斯最新的星系研究表明,宇宙的膨胀速度比普朗克给出的答案快了9%左右。这听起来没什么,但在宇宙历史上,算起来就出现了整整10亿年的时间差异。

最开始,人们普遍认为里斯和其他星系观察者在中途犯了什么错误。考虑到风险,每个参与者都在反复检查自己的结果,寻找可能的错误来源。不过,随着观察不断深入,结果并没有改变。而对普朗克望远镜数据的再次分析也没发现任何问题。

如果,所有的数字计算都是正确的,那么就意味着,问题一定存在更严重的地方。他们慢慢发现,问题似乎不在于观测结果,而在于支撑观测结果的宇宙学理论和基本模型之中。如果这些理论是错误的或不完整的,那么,科学家们对普朗克读数的解释也是存在缺陷的。

里斯解释道:“这种差异表明,宇宙模型中有一些东西我们还没有正确理解。”然而,那些东西可能是什么,目前没人知道。

距离地球近20万光年的大麦哲伦星云。图据美联社

距离找出真相 还有很多工作要做

亚当·里斯在接受美联社采访时说:“现在看来,我们需要一些新的东西来解释这个现象。”

普林斯顿大学天体物理学家乔·邓克利对普朗克的结果进行了广泛的分析后也表示:“这意味着我们还有很多令人着迷的工作要做,看看是否有什么东西可以解释这一切。”

这种结果让科学家们意识到,他们对自然的基本规律仍然知之甚少。邓克利指出,被称为中微子的幽灵粒子在太空中极其丰富。“我们在实验室里测量中微子,然后把它们放进宇宙学模型中,假设它们的行为和我们预期的一样,但我们根本不知道这是不是真的。”她说道:“如果暗物质比我们想象的还要复杂,我也不会感到惊讶。”

当然,也有一种可能性,那就是里斯的解释是不正确的,在过去的十几亿年里,确实有什么东西加速了宇宙的膨胀。一个潜在的罪魁祸首可能是暗能量,但到目前为止,科学家们还不能证实这一理论。“我们不知道它是什么。也许模型方面还有一些完全缺失的元素,还有待发现,”弗里德曼说。

另一位诺贝尔奖获得者、NASA天体物理学家约翰·马瑟告诉美联社,目前存在两种可能性:“一是,我们正在犯我们还没有发现的错误。二是,大自然中有一些我们还没有发现的东西。”

然而,要弄清楚哪种解释是正确的,如果真有的话,还需要科学家们在测量宇宙实际运行的方式上做出另一个巨大的改进。弗里德曼并不讳言目前对宇宙的无知程度:“问题是,我们还需要学习什么?我很想在一百年或一千年后再回头来看看这个问题。”

红星新闻记者 徐缓 编译报道

编辑 潘莉