宇宙大爆炸后的第一颗恒星（大爆炸理论错了吗）

什么是宇宙呢？在中国古代初期，“宇”与“宙”二字均是建筑或与建筑物相关的专用名词。

宇与宙

《诗经》中“八月在宇”中的“宇”具有屋檐、檐廊的意思；在《淮南子·冥览训》“凤凰之翔，至德也……而燕雀佼之，以为不能与之争于宇宙之间。”中“宙”则有房梁的意思。

但在《淮南子·齐俗训》中，“宇”指周围无限的空间，“宙”指古往今来无限的时间，这与现代宇宙的释义十分接近。

无限的空间

在现代汉语中，“宇宙”为之相对应的英语是universe，在哲学中的概念是指一切物质及其存在的总体。通常“宇”是空间概念，指无限的空间；“宙”为时间概念，指无限的时间。

现在随着近代科学的不断发展，现在的我们逐渐意识到了宇宙原来是所有时间、空间和一切物质的总称，包含着万事万物，规则定律。

宇宙空间

红移现象

宇宙中一颗恒星光谱线在其静止不动时位于光谱的正中；越靠近地球，光波波长变短，频率就会升高，光谱线往光谱的紫色一端移动，这就是“紫移”。当这颗恒星离我们远去时，光波频率变低，波长变长，光谱线就会往光谱的红色一端移动，出现“红移”现象。

通过对光谱线朝那个方向移动的判断，我们就能知道这颗恒星是在远离我们还是在不断靠近我们。

光谱上的红移与蓝移

1922年，美国天文学家埃德温·哈勃开始观测到，当恒星的光谱线到达地球上时，其光谱线在不断地加长，不位于标准的波线上。换言之，光谱线在往光谱的红端不断靠近，这就是红移现象的由来，也是宇宙大爆炸的基础理论。

因此，哈勃得出了一个跨时代的发现，即：不管往哪个方向看，远处的星系都在急速地离我们远去，近处的星系正不断向我们靠近。换一种说法，就是宇宙正在不断膨胀中。

星系红移巡天资料

大爆炸宇宙论

“大爆炸宇宙论”（The Big Bang Theory）是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。

宇宙大爆炸

而我们现有的宇宙就经历过这样一次大爆炸。爆炸初期，形成电子光子等物质形态，后随着宇宙爆炸不断膨胀，温度和密度迅速下降。而温度的下降，又促使了原子分子的形成，并相互反映产生基础的气态。再之后，气体气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。

恒星演化过程

其实，在大爆炸理论提出时，就受到了不少科学家的质疑，爱因斯坦就是其中之一。爱因斯坦在总结引力方程时，公式推导出来宇宙其实是一个动态的宇宙，从未停止其动态变化。于是爱因斯坦在公式中又添加了一个“宇宙常数”，用此保持宇宙静态的计算结果。

但在哈勃发现红移现象后，爱因斯坦来到哈勃工作的威尔逊天文台，亲自验证了红移现象的准确性。后爱因斯坦公开表示自己的静态宇宙论是错误的，并且删掉了公式中的宇宙常数。

红移与蓝移

引力奇点

物理上的奇点是一个既存在又不存在的点。

而引力奇点是大爆炸宇宙论所说到的一个“点”，即“大爆炸”的起始点。该理论认为宇宙（时间－空间）是从这一“点”的“大爆炸”后而膨胀形成的。

奇点是一个密度无限大、时空曲率无限高、热量无限高、体积无限小的“点”，一切已知物理定律均在奇点失效。

宇宙大爆炸的奇点

宇宙的年龄

科学家们基于观测到的宇宙膨胀速度和宇宙微波背景辐射等方面的数据，推算出现宇宙来源于138亿年前的奇点大爆炸。

138亿年这个数据是科学家们将理论和实际观察数据放在一起考虑计算得来的。其中最主要的贡献者就是红移现象的发现者哈勃，他在1929年发布的论文中提到了哈勃定理，并给出了相应的计算公式。

天文家哈勃

哈勃定理中最重要的就是哈勃常数，而哈勃常数的倒数则展示了现有的宇宙重返未爆炸的奇点所耗费的时间。

哈勃常数是一个固定值，2013年欧洲航天局通过克朗普卫星的观测结果，宣布最新的哈勃常数值67.80±0.77(km/s)/Mpc(Mpc表示百万秒差距，大约为300万光年)。换言之，每增加300万光年的距离，星系远离地球的速度就增大67.8千米每秒。

星系逐渐远离地球

最后科学家们利用哈勃常数计算出现在宇宙的年龄，就是被大家熟知138亿年。但是这个说法并不是完全准确的，因为那个时候的科学水平还不够高，对宇宙的认识是存在一定局限性的，而宇宙中有太多没被人类发现的东西。

玛土撒拉星——160亿岁的恒星

在科学研究这条道路上，通过对宇宙的观测，你会发现许多发现都不符合科学逻辑，你认为不可能发生的事，就正发生这片神秘的宇宙中。

浩瀚无垠的宇宙

通过科学家的观测可得知，在距地球190光年的天秤座发现了新恒星--HD140283，目前被命名为玛土撒拉星。它的运行速度为每小时130万公里，它也是宇宙中人们已知的最古老的恒星。

一颗新发现的古老的恒星是没有值得大家关注的地方的，但科学家对玛土撒拉星的关注度却是空前的。究其原因就是它的年龄非常非常的特别。2000年，欧洲天文局依巴谷卫星测量数据计算出玛土撒拉星足足有160亿年的寿命。

玛土撒拉星概念图

• 年龄悖论

玛土撒拉星160亿的年龄本身是没有多大的问题的，但最大的问题就是160亿年和大爆炸理论计算出的宇宙138亿年是相悖的。若宇宙只有138亿年，则宇宙中的星星年龄怎么会有160亿年，比宇宙还长寿22亿年，这显然是十分不合理的。这就是著名的“年龄悖论”

然而玛土撒拉星本身也没有特别地方，它基本上是由氢和氦构成，内部几乎不含金属元素，这与它的古老恒星的身份相符，因为在宇宙形成初期，金属原始是非常少见的。

玛土撒拉星所处环境构想图

• 距离导致的误差

星星比宇宙还先出现，这显然是不符合逻辑的。对此宾夕法尼亚州立大学的天文学家霍华德·邦德和他的研究团队专门深入探究了这个问题。为了能更加准确地确定玛土撒拉星的年龄，他们收集整理并仔细梳理了2003年-2011年间哈勃太空望远镜的各项数据，包括恒星的位置、距离和能量。

我们要知道，天文学家估算恒星的年龄很重要的一个方式是，利用距离和恒星的视觉亮度计算出恒星的实际亮度。一颗恒星的实际亮度越亮，就说明这颗恒星越年轻。

恒星都会发亮

但玛土撒拉星距离地球有190光年，这是一个非常大的距离，目前的科技水平还无法很准确地估算它的具体距离。而且190光年这个数据，对于我们来说也是不明确的概念。因此190光年数据的不准确性，导致我们也十分难以判断玛土撒拉星的真实寿命，会产生一个不小的误差。

玛土撒拉星像一个火球

• 其他误差

邦德的团队认为从恒星融合理论模型来看，玛土撒拉星外层核向内核扩散程度比大家估计得要更深一点，则内核反应能够燃烧的氢也会远远低于人们对的估算，这样就意味着玛土撒拉星的年龄会比大家计算是小的多。

太阳内部产生的是核聚变反应

另一个可以证实玛土撒拉星比计算更年轻的证据就是氧的富含量，玛土撒拉星的氧铁比例远远高于预测数，而据研究显示宇宙形成的前期，氧是稀有元素，因此这也意味着玛土撒拉星的实际年龄低于160亿年。

大爆炸理论错了吗？

邦德的团队在经过重重考虑，多项因素同步分析下，最终在2014年估计玛土撒拉星的真实年龄大概在142.7亿年，正负误差8亿年。

玛土撒拉星引发学术界多方探讨

这就说明，在负误差8亿年的情况下，玛土撒拉星的真实年龄是比宇宙138亿年小的。可是在正误差8亿年时，宇宙年龄依旧是远远低于HD140283的。

这个意味着我们的宇宙大爆炸理论是错的吗？不，不是的。这意味着我们应该重新审视宇宙大爆炸背景下的“138亿年”这一数据。

宇宙大爆炸构想图

当初之所以如此确定宇宙的年龄为138亿年，是因为普朗克探测器提供的宇宙微波背景辐射图完美验证了这个模型。而通过宇宙微波背景辐射图，科学家计算出宇宙138亿年，这个数据的准确性是值得肯定的。

宇宙微波背景辐射图

• 暗物质和暗能量

科学不能仅从一个角度看问题，正如宇宙的年龄不能只看宇宙微波背景辐射图一样。在哈勃等人提出宇宙大爆炸时，科学水平发展远远达不到现在的水平，因此也没人会考虑宇宙中的另一种含量巨大的物质和能量，这就是我们现在所说的暗物质和暗能量。

宇宙中的暗物质构想图

以前暗物质和暗能量是我们不知道的存在，但现在我们已经基本确定了这两种物质的存在，那么在考虑宇宙年龄是我们就不应当忽略它的存在。

就目前的观察得知整个宇宙中暗物质和暗能量占总体的70%以上，现在看来，宇宙进化真正的主导者可能就是这两种物质。如果将暗物质和暗能量考虑进去，宇宙的年龄可能就不是当前的138亿年了，而是要远远大于这个数字。

各类物质占比

当然要想知道这两种物质对宇宙真正的影响有多大，还需要寄托于科技水平的进一步提高。因为我们目前只能确定这两种物质的存在，对它们其它方面，更深层的了解是基本没有的。

平行宇宙论

科学家们不仅考虑了宇宙中近年来新发现的两种物质，他们还有另一个方面的假设--平行宇宙论。

平行宇宙构想

平行宇宙论就是指我们现有的现知的宇宙不是唯一的，在宇宙之外还可能存在其他我们未知的宇宙。而宇宙和宇宙的诞生时间并不是唯一的。我们可以知道我们的宇宙诞生于138亿年前，而在我们宇宙外面，还存在着比它更早诞生的宇宙。

那颗古老的玛土撒拉星就很可能是从年龄更大的宇宙穿越而来。这样一来玛土撒拉星160亿岁的年龄也是可以理解的。

玛土撒拉星从宇宙中诞生

你肯定会想穿越是不现实的，但爱因斯坦做过这样的猜想，他认为宇宙中存在一个能穿越时空的隧道，而这个隧道关联着不同的宇宙，这样看来平行宇宙论也不是并无道理的。

依照现在的科学水平要弄明白宇宙的年龄是否真的是138亿年、玛土撒拉星是否真的有160亿年这两个问题还是远远不够的。现在一切的数据，都是根据一些理论推算出来的，而我们面对的是宇宙这一个充满神秘的世界，只是推论产生的结果准确性还远远不够。

宇宙空间

当然，随着科技水平的不断提高，面对宇宙，我相信我们还会遇到更多如“年龄悖论”一样的难题。但是我们始终相信随着科技发展进步，一切的问题都能得到最终的答案，一切只是时间早晚的问题。

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