宇宙大爆炸

　　1927年，美国天文学家哈勃首次发现，在地球上接收到的来自遥远恒星发出的光线，其光谱的谱线并不在标准波长的位置上，而是谱线的波长都被加长了，相当于谱线向红端移动了，于是发现了“宇宙红移”现象，据此奠定了宇宙正在膨胀的理论基础。 　　 　　通过宇宙膨胀的速率、宇宙微波背景辐射等观测结果，科学家们利用反推法，推算出现有宇宙在138亿年前，来源于奇点的大爆炸，这个奇点的质量无限大、体积无限小、能量无限高，在奇点之外没有任何时间与空间。 　　 　　随着奇点内部量子涨落现象的发生，奇点在一瞬间向外膨胀，将无穷多的物质和能量播撒出去。待到大爆炸38万年之后，“炸”出的宇宙空间才从“浓稠”的“宇宙汤”状态冷却下来，光子才穿越出来，宇宙从此走出了黑暗时代。 　　 　　后来，逐渐才形成了自由原子、电子，继而结合成最简单的气体分子氢和氦，在万有引力作用下开始发生聚集。当聚集的氢和氦越来越多，核心区的温度和压力达到一定程度以后，在量子隧穿效应的加持下，氢元素开始在核心区发生核聚变反应，宇宙中第一批恒星才开始形成。由此可见，宇宙中的恒星，肯定是滞后于奇点大爆炸的，也就是说，无论多古老的恒星，其年龄都不可能大于138亿岁。 　　 　　然而，科学家们在对一颗观测时间很久的恒星进行年龄测定时，发现这颗恒星的年龄异常古老，甚至超过了138亿年，达到了惊人的160亿岁，这明显与刚才的宇宙诞生和演化模型不符。这颗古老的恒星编号为HD 140283，位于天秤座方向，距离地球约190光年。 　　 　　HD 140283被发现以后，由于距离地球较远，观测条件不够先进，这颗看似“普通”的恒星就很少有人再继续关注了。不过，随着哈勃太空望远镜的升空，对全天空的恒星开展了比较精密的观测，得到了很多之前始终没有的珍贵数据。有科学家对哈勃观测的恒星数据进行了系统分析，当研究到HD 140283时，计算出该恒星的年龄少说有也146亿年以上，最大值甚至能达到160亿年，显然这与宇宙诞生的时间相悖。 　　 　　后来，欧洲航天局根据依巴谷卫星的测量结果，又再次印证了这一结论。于是，HD 140283成为被人类发现最为古老的恒星之一，并且以圣经中最长寿的人物“玛土撒拉”命名。与此同时，该恒星与宇宙年龄产生的“年龄悖论”，也成为科学家们争相研究的重点课题。 　　 　　需要说明的是，无论是哈勃太空望远镜，还是依巴谷卫星，它们所收集到的有关恒星光谱数据、光度数据、距离数据等等，都是真实无误的。那么造成这个悖论的原因，只能有两个，要么是宇宙的年龄推算有错误，要么恒星的计算方法有问题。 　　除此之外，近年来科学家们对宇宙膨胀的速率测算，又有了新的发现。2013年时，欧洲普朗克卫星通过观测到的宇宙微波背景辐射等相关数据，测算出宇宙膨胀的速率为67.4公里/（秒*百万秒差距），在此基础上推测出宇宙的年龄为138.2亿年。但近几年，科学家们对哈勃常数又进行了精密测量和修正，认为宇宙膨胀的速率将达到82左右，通过这个速率来测算的话，宇宙的年龄将缩短到114亿年。这个结果，将进一步拉大HD 140283的“年龄悖论”问题。 　　 　　至于能产生这个悖论的第一个原因，宇宙年龄出现了错误，在这一点上，一个是到目前为止，科学家们还没有意识到相关观察的误差存在，第二是宇宙的演化模型根本不正确。但是，从目前的宇宙学理论研究来看，对宇宙演化的基本模型，已经解释通了很多疑难问题，已经成为科学界的共识，在这方面如果没有出现颠覆性的反例，或者足以推翻之前理论的突破性创新，想重新确立宇宙演化模型是根本不可能的。 　　而对于观测的误差，这一点不容否认，但是，无论是利用后来的引力波探测，还是造父变星的观测，抑或是对暗能量假设的搜寻，都会使科学家们对宇宙观测的精确度进一步提高，特别是在暗能量假设的基础上，科学家解释了宇宙不断加快膨胀的事实。因此推测的“宇宙年龄出现了错误”可能性不大，即使精度仍有欠缺，但不会颠覆已有结论。 　　 　　那么，造成悖论的原因，是否是该颗恒星年龄的计算方法出现了问题呢？我们知道，质量越大的恒星，其内部核聚变反应的强度也越大，那么在相同数量的氢元素组成情况下，消耗完毕这些氢元素的时间就越少，因此恒星的寿命也就越短。 　　在测定遥远恒星的年龄时，科学家们首先要做的是通过观测接收到的光谱数据，来判别恒星的类别，即到底是内部核聚变反应异常强烈的蓝矮星，还是反应强度中等的黄矮星，或许是反应强度较低的橙矮星或者红矮星。 　　 　　此后，在确定恒星的阵营之后，再根据恒星的光度会随着时间的流逝而逐渐增加这个原理，然后推测出该颗恒星的光度和质量，最后依据这些参数来确定恒星的年龄。 　　拿HD 140283来说，据这颗恒星的光谱数据显示，其组成成分以氢和氦为主，几乎没有铁这种对于恒星来说的“重金属”，其内部铁元素的含量仅为太阳的1%左右，是一颗典型的贫金属恒星，这说明这颗恒星的质量较小，内部核反应的强度很弱，只能进行从氢到氦的核聚变反应。而恒星内部微量的铁元素，则说明该颗恒星极有可能是宇宙大爆炸之后，所形成的第二批恒星，第一批古老恒星通过超新星爆发，生成了铁等“重金属元素”，随后这些元素在漫长的演化中再次聚集，成为了HD 140283的一部分。 　　 　　正是由于HD 140283内部的核聚变反应非常“顺利”，而且进展异常缓慢，所以表现出来的光度值，与太阳等“正常”恒星显得格格不入。科学家将不能反映真实情况的光度值代入恒星年龄计算公式后，最终得出了超出宇宙年龄的结果。近年来，科学家们通过一系列的参数修正，并且考虑了相应的误差后，将这颗恒星的年龄下限确定为132亿年左右，从而解决了“宇宙年龄悖论”的问题。