137.7亿年，宇宙年龄再一次被确认，宇宙大爆炸理论更牢固了

虽然你可能不相信，但我们的宇宙确实极有可能产生于一次大爆炸。甚至还有你可能更不相信的事，那就是科学家连大爆炸发生的时间都推测得十分精确，尽管我们不可能亲眼见证那一段历史。

在众多解释宇宙诞生的理论中，以大爆炸理论最为著名，也最牢固，科学家已经找到了不止一个证据能够证明这个理论。这些证据告诉我们，虽然听起来可能有点荒谬，但宇宙极有可能就是通过这样的方式诞生的。

大爆炸宇宙论认为，大约在138亿年前，我们的宇宙从一个拥有极大能量却没有任何体积的奇点爆发出来的。在大爆炸的瞬间，宇宙温度高达1.4亿亿亿亿摄氏度。在接下来的很长时间里，宇宙的温度都相当高，以至于整个宇宙连质子和中子都无法形成，它们的基本组成粒子夸克混沌地分布在宇宙空间，形成了一种叫做夸克汤的结构。

在混沌的宇宙中，连光子都无法自由移动。当时的宇宙还不够大，物质过于密集，所以光子飞不了多远就会一头扎在物质中。那个时候，整个宇宙都是黑暗的。直到大爆炸的38万年后，宇宙物质密度相对没那么高，质子和中子也已经结合成为氢或氦了，光子终于可以自由移动，于是留下了宇宙的第一抹光。在宇宙膨胀的过程中，这些光的波长在多普勒效应的作用下被拉长到了微波范围，这就是宇宙微波背景辐射（CMB）。

直到今天，CMB依然充斥在整个宇宙中，能够被我们观测到，因此被称为大爆炸的余晖。通过CMB，科学家们了解了大量关于宇宙大爆炸和早期宇宙演化的信息。

（图片说明：宇宙微波背景辐射）

在早期的宇宙中，整个宇宙内的密度和温度并不是完全均匀分布的，而是会有一定的波动。而随着宇宙不断的膨胀，这个波动的尺度就越来越大。因此，通过对CMB波动的观测，我们就能够了解宇宙是如何膨胀的。

平均来说，这个波动的尺度范围大约是10亿光年。通过这个数据，科学家们可以计算出宇宙膨胀的速度参数——哈勃常数，其结果大约是67.2-68.1公里/秒/百万秒差距。也就是说，一个天体和我们之间的距离每增加100万秒差距（326万光年），它远离我们的速度就要增加六十多公里每秒。距离越远的地方，宇宙膨胀速度越快。

这个理论看起来是没什么问题的，但科学是严谨的，我们不可能仅仅通过一个方法得出的数据就草草下结论。想要证明一个理论或是一个可靠的结果，是需要从不同的方面进行验证的。

想要测量哈勃常数，还有一个方法，那就是直接测量。显然，只要我们测量不同距离上天体的退行速度，就可以知道距离我们多远的宇宙有多大的膨胀速度。对于那些河外星系，有一种测量方法很管用，那就是Ia型超新星。通过这种天体，我们就能够测量河外星系的距离。然后，通过各个距离上的星系退行速度，计算出其变化梯度，就能够得到哈勃常数。

科学家们寄希望于不同的方法能够相互印证，但尴尬的是，利用这个方法计算出来的哈勃常数要比利用CMB测出的数据大一些，这意味着宇宙膨胀的速度比上一种情况更快。换句话说，宇宙膨胀到今天这么巨大所需的时间比上一种理论更短，也就是宇宙要更年轻一些。

两种方法得到了两个宇宙膨胀速度的数据，也得到了两种不同的宇宙年龄，到底谁对谁错呢？

最近，一项新的研究或许可以帮助我们解决这个争端。利用位于智利北部的阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT），科学家们再一次测算了宇宙的年龄。

说起来，ACT也是利用CMB来测算宇宙年龄，但是和以往的方法又有所不同。以往科学家都是利用普朗克卫星这样的天基望远镜在太空的优质环境下测量宇宙的温度波动。而ACT则是地基望远镜，凭借着安第斯山脉的绝佳地理环境和相对干燥的气候条件优势，对宇宙中的一些偏振光进行观测。

（图片说明：宇宙微波背景辐射偏振光的产生）

前面我们介绍过，在大爆炸的38万年后，随着中性氢和氦的出现，宇宙中的光子终于能够自由穿行，发出了宇宙黑暗时代之前的最后一道光。当这些光经过一些物质发生散射之后，就会引起偏振的现象。所谓的偏振，大家可以粗略理解为对电磁波振动方向的一种筛选。

目前我们能看到的CMB全都是偏振光，通过这些偏振光的方向，我们也可以了解早期宇宙的膨胀历程。接下来的步骤就和普朗克卫星的方法类似的，通过测量均匀偏振区域的大小，就能够计算宇宙的年龄。

正是通过这个方法，以及ACT的强大观测能力，科学家们以前所未有的精度计算出了宇宙的年龄和膨胀速度。他们的结果表明，哈勃常数在66.4至69.4公里/秒/百万秒差距之间。通过哈勃常数可以推导出，我们的宇宙年龄大约为137.7亿年。

这个结果和普朗克卫星得到的数据相同，令科学家们非常兴奋，因为这意味着这两个结果很可能就代表了正确答案。虽然两种方法都是与CMB相关，但是其实用的是两种不同的方法，是可以互相验证的。

这样看来，利用Ia型超新星计算星系距离来推导宇宙年龄的方法可能有些问题，但问题出现在哪了呢？

此前我们也发文介绍过，目前世界上还是有一些科学家质疑Ia型超新星能不能精确测量天体距离了。不过，这样的质疑力度还是很有限的，这个方法现在看起来仍然比较可靠。那么，是不是其他方面出问题了呢？

总之，即使这一次得到了精确的结果，也不代表宇宙年龄的问题得到了最终的解决。科学家们仍然需要从更多的角度来计算宇宙年龄，并且找到错误结果的原因，才算是解决了这个问题。或者，宇宙大爆炸理论未来也可能会遭受质疑，谁知道呢……