我们如何计算宇宙的年龄?

6000年——古代的传说
20 世纪初,英王钦定版《圣经》的 “创世纪” 章节的栏边注解中,还赫然印着上帝创造我们这个世界的日期
公元前 4004 年 10 月 23 日星期天夜晚来临前的那个傍晚。
这是 18 世纪爱尔兰圣公会主教詹姆斯 · 乌舍尔(James Ussher)在《圣经》中所记载的族谱的基础上进行了复杂计算,从一些历史事件发生的时间倒推出来的。照这么算来,上帝创世距今真的不过才 6000 年挂零而已。

或许在当时的人们看来,好几千年的历史对于这个世界来说似乎已经足够悠久。
然而没过多久,地质学就找到了证据,表明地层沉积所需的时间远远超过千年量级;达尔文提出的进化论更是对《圣经》中记载的族谱提出了质疑。
越来越多的证据表明, 6000 年远远不够形成我们这个世界。到了 20 世纪初,这个日期终于从那个版本的《圣经》中被删去。
宇宙膨胀与哈伯常数
相信有一定科学基础的同学对红移都不陌生。
“由于多普勒效应,从离开我们而去的恒星发出的光线的光谱向红光光谱方向移动。”


但是这里说的宇宙学红移和大家一般听说的红移并非同一回事。
宇宙学红移指当光穿过一段空间时,空间自身发生的延展而导致的红移现象。
通过对宇宙学红移的观察,科学家发现宇宙正在进行全空间的,均匀的膨胀,称之为宇宙膨胀,并用哈伯定律来描述:
v=HD
其中v表示星系视向退行速度,H表示哈伯常数,D表示星系与地球的距离
也就是星系退行速度与它距地球的距离呈正比。
为了测量哈伯常数,科学家观测了大量的星系
这是其中一个参与了哈伯常数测量的卫星——普朗克巡天者

下面是一次观测的结果

这条线的斜率就是哈伯常数的数值
这次测量显示哈伯常数是68(km/s)/Mpc。
也就是说距离每增加1Mpc,星系退行速度增加68km/s。
值得关注的是横坐标的距离单位,Mpc,表示兆秒差距,1Mpc=3261000光年。可见宇宙膨胀是在一个十分宏观的尺度上发生的。
这样的实验科学家们重复了许多次,部分实验的结果如下图所示(值得庆幸的是这些实验在近几年有增多的迹象),目前科学家认为哈伯常数是71(km/s)/Mpc

宇宙年龄
终于可以亲手推算宇宙年龄了。
由哈伯定理可知,每两个星系均以正比于它们之间距离的相对速度分离,其比例系数H称为哈伯常量,取71(km/s)/Mpc.
由于所有星系均在宇宙大爆炸时刻,从一点出发相互分离,其分离速度为v,如果v始终是一个常量,则可以推测出,从宇宙大爆炸开始分离到现在所经历的时间将是现今星系之间的距离D与v之比,就是哈伯常量H的倒数
下面进行具体计算

由此估计出宇宙的年龄为1.38*10^10年,更精确的估计是(1.37±0.02)*10^10年。