怎樣通過哈勃常數來計算宇宙的年齡？

在20世紀20年代末，美國天文學家哈勃有了重大的宇宙學發現，這直接導致愛因斯坦稱自己犯了一生最大的錯誤。哈勃根據星系的退行速度和距離關係，推導出了哈勃定律，基於其中的哈勃常數就能估算出宇宙的誕生時間。

在哈勃確認河外星系的存在之後，哈勃又發現，星系光譜的紅移值和距離存在線性關係，越遠離銀河系的星系，紅移值越高。根據多普勒效應，星系的光譜出現紅移現象是因為星系正在遠離銀河系，並且紅移值越高表明星系的退行速度越快。由此，哈勃得到了著名的哈勃定律，即星系的退行速度V和星系與銀河系的距離D成正比例關係：

v=H0·D

其中H0表示哈勃常數。

根據哈勃定律，宇宙空間在均勻地膨脹。宇宙並非靜態的，時間往前回溯，早期宇宙比現在更小。如果時間回到宇宙誕生之初，宇宙空間縮小為一個奇點，這就是宇宙的開端。

假設宇宙空間膨脹的速率自宇宙誕生以來沒有發生過變化，那麼，星系的退行距離除以退行速度，得到的是星系的退行時間。因此，哈勃常數的倒數，也就是哈勃時間，代表的正是宇宙膨脹時間尺度，可以近似認為這是宇宙的年齡：

tH=1/H0

只要知道哈勃常數，就能估算出宇宙的起源時間。根據美國宇航局（NASA）的費米伽瑪射線太空望遠鏡在2019年的觀測結果[1]，哈勃常數的測量值約為68(千米/秒)/百萬秒差距，也就是說，星系與銀河系的距離每增加1百萬秒差距（326萬光年），其遠離銀河系的速度會隨之增加68千米/秒。由此可以估算出，宇宙的年齡大約為143.7億年。

不過，哈勃常數並非一個真正意義上的常數，因為宇宙空間的膨脹速率在不斷發生變化，目前的宇宙正在經歷加速膨脹過程。

在現代宇宙學中，Λ-CDM模型（基於從廣義相對論中推導出來的弗里德曼方程）給出了目前為止最為精確的宇宙年齡計算公式：

通過測量出公式中的各項參數，可以知道宇宙的誕生時間大約為138億年前，這與哈勃時間相接近。

參考文獻

[1] Alberto Domínguez, Radoslaw Wojtak, Justin Finke, et al., A new measurement of the Hubble constant and matter content of the Universe using extragalactic background light γ-ray attenuation, arXiv:1903.12097.

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！