138亿年的宇宙史，你真的了解吗？

宇宙有138亿年的历史怎么算出来的~

毫无疑问，宇宙自宇宙大爆炸以来已经存在了138亿年，而且科学家们对这个数字非常有信心。事实上这个数字的不确定性（误差）不到估计年龄的1%。但在过去一直是错误的（过去有很多宇宙年龄的数据，如200亿岁，150亿岁，137亿岁，30亿岁等等），现在最精确的138.17亿岁可能又错了吗？

如果你看得足够远，能看到的最远的时间是138亿年：我们对宇宙年龄的估计，但这是正确的吗？图片：NASA / STScI / A. Felid
开尔文勋爵估计太阳的年龄在20到4000万年之间，因为他的模型没有(不)包括量子力学和相对论。当我们观测宇宙的时候是否有可能犯类似的错误？让我们来看看历史问题，然后跳到现代的情况去了解更多吧。

估计宇宙的时间，星星群、恒星和星云在我们银河系是很有用的，但是如我们缺乏了解恒星的过程导致了我们的太阳系的年龄估计错误，是否也会弄错宇宙的年龄呢？图片：ESO / VST survey
在19世纪末关于宇宙的年龄存在着巨大的争议。查尔斯·达尔文(Charles Darwin)从生物学和地质学的研究中得出结论，如果不是几十亿年的话，地球本身至少要有几亿。但凯尔文爵士看恒星是如何运行得出的结论是：太阳本身需要更年轻。他所知道的唯一反应是化学反应，如燃烧和重力收缩，后者最终证明了白矮星的能量是如何得到的，但要放出那么多的能量，就相当于太阳的生命周期只有数千万年。

从太阳太阳耀斑，到远离我们的恒星抛射物质，进入太阳系是微不足道的核聚变的质量损失降低了太阳的总质量的0.03%的起始值：损失相当于土星的质量。然而在我们发现核聚变之前无法准确地估计出太阳的年龄。图片：NASA’s Solar Dynamics Observatory / GSFC
当然，几十年后随着核反应的发现以及爱因斯坦的E = mc2在太阳中发生的氢聚变的应用，这个问题得到了解决。当充分计算后才意识到太阳的生命周期将会在10 - 120亿年间，而我们太阳系的存在已经有45亿年了。太阳的年龄(来自天文学)，地球(来自地质学)，生命(来自生物学)都排列成连贯一致的图像。

太阳、地球和地球上的生命历史都有一个稳定的时代，但在19世纪末期地球年龄的证据表明它明显比太阳大（但这是错误的）。图片：ISS Expedition 7 Crew, EOL, NASA
有两种方法来计算今天宇宙的年龄：观察单个恒星和星系的年龄，并研究膨胀宇宙的物理学。恒星本身是不那么精确的度量，因为我们只能在一瞬间看到它们，然后再推断恒星的演化倒退。这在拥有大量恒星数据的时候很有用，比如球状星团，但对单个恒星来说更困难。这种方法很简单：当大量的恒星聚集在一起时，它们的大小和颜色各不相同，从热的、大的和蓝色的，到冷的、小的和红色的。随着时间的推移更大的恒星燃烧它们的燃料的速度是最快的，所以它们开始演化，直到死亡。

恒星的生命周期如图所示的颜色/震级图的上下文中理解。随着恒星年龄的增长，数据图表信息的变化，使我们能够确定恒星集群星系的年龄。图片版权：Richard Powell under c.c.-by-s.a.-2.5 (L); R. J. Hall under c.c.-by-s.a.-1.0 (R)
因此如果观测到幸存者，就可以确定恒星的年龄。许多球状星团的年龄超过120亿年，有些甚至超过130亿年。随着观测技术和能力的进步不仅测量了单个恒星的碳、氧或铁含量，而且还利用了铀和钍的放射性衰变丰度，结合宇宙中第一个超新星产生的元素，我们可以直接追溯到它们的年龄。

SDSS J102915 172927是一颗古老的恒星，它的重量只有太阳所拥有的重量的1 / 2万，它的年龄应该超过130亿年——宇宙中最古老的恒星之一，甚至在银河系之前就已经形成了。图片版权：ESO, Digitized Sky Survey 2
这颗恒星的质量约为太阳质量的80%，它只含有0.1%的太阳铁元素，而且它的放射性元素丰度达到了132亿年。在2015年一组九恒星银河系中心附近被追溯到135亿年前形成，大爆炸之后仅仅300000000年，银河系的初始形成之前，其中一个有不到0.001%的太阳铁：有史以来最原始星。有争议的是有一颗玛士撒拉星，它的出现在144.6亿年的时间里，尽管存在着大约8亿年的不确定性。
但有一种更好、更精确的方法来衡量宇宙的年龄：通过宇宙的膨胀。

我们宇宙未来的四个可能的命运：最后一个似乎是我们生活的宇宙由暗能量主导。宇宙中存在的东西以及物理定律，不仅决定了宇宙的发展，也决定了宇宙的历史。图片：E. Siegel / Beyond The Galaxy
通过测量今天的宇宙，距离物体的移动距离，以及它们在附近的距离，在中间的距离，以及最大的距离，科学家们就可以重建宇宙的膨胀历史。现在知道我们的宇宙由大约68%的暗能量、27%的暗物质、4.9%的正常物质、0.1%的中微子和0.01%的辐射组成。我们也知道这些成分是如何随着时间演变的，宇宙遵循广义相对论的定律。把这些信息结合起来，形成一个单一的、引人注目的宇宙起源的图景。

三种不同类型的测量，遥远的恒星和星系，宇宙的大尺度结构，以及宇宙微波背景的起伏，告诉我们宇宙的膨胀历史。图片版权：NASA/ESA Hubble (top L), SDSS (top R), ESA and the Planck Collaboration (bottom）
在几秒钟内宇宙是一团电离粒子和反粒子，最终冷却并允许在几分钟后形成剩余的原子核。38万年后第一个稳定的中性原子形成。在几千万到几亿年间引力将这个物质聚集到恒星和星系中。在数十亿年的时间里，星系融合在一起，形成了我们今天所看到的宇宙。从各种来源收集的数据，包括宇宙微波背景，星系的大规模聚集，遥远的超新星，重子声学振荡，到达了一个单一的，引人注目的图景：一个已经有138亿年历史的宇宙。

整个已知宇宙的宇宙历史表明应该从它的所有物质的起源，以及所有的光，最终到宇宙膨胀的到结束和从炙热的大爆炸的开始，从那时起已经经历了138亿年的宇宙演化，这是由多个来源证实的图像。图片：ESA and the Planck Collaboration / E. Siegel (corrections)
有一些不确定因素，维基百科引用我们的宇宙是13.799±00.21亿岁了。如果在某个地方有一个系统性的错误，那么2100万年的不确定性很容易得到5到10倍。目前关于膨胀率(哈勃常数)目前存在争议，CMB表示它接近67公里/ s/ Mpc，而恒星和超新星指向更接近74公里/秒/ Mpc。在暗物质/暗能量组合中存在不确定性，有些测量的比例为1:2，而另一些则为1:3或介于两者之间。根据这些谜题的分辨率，可以想象宇宙可能会像137亿年那样年轻，或者高达140亿岁。

测量宇宙膨胀历史的一种方法是，回到我们能看到的第一束光，那时宇宙只有38万年。另一种方法不会倒退到很远的地方，但也有可能被系统错误所污染。图片：European Southern Observatory
然而不太可能的是，这个138亿年前的数字将会有一个重大的修正。即使有比我们所知道的力、粒子和相互作用更基础的物理，它们也不太可能改变恒星如何运作的物理学，如何随着时间的推移而运作，宇宙如何膨胀，以及辐射/物质/暗能量如何构成我们的宇宙。这些事情都是有差异的，受约束的，而且正如人们所理解的那样，即使暗能量演化，像G、c或h等基本常数随着时间变化，或者标准模型粒子可以进一步分解，宇宙的年龄也不会从大爆炸到现在的改变。

在133亿到139亿年前，宇宙只是一个密度大、温度极高的点。今天的宇宙是经过飞速膨胀而来的，就是宇宙大爆炸。


今天的宇宙年龄是根据大爆炸理论计算的，该理论认为我们的宇宙是由大爆炸产生的。大爆炸理论认为宇宙在大爆炸发生之前是一个质量无限、体积无限、密度无限的点，简称奇点。这个奇点在137亿年前发生了一次剧烈的大爆炸，然后宇宙诞生了。在大爆炸开始时，物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子的基本形式存在。大爆炸后，宇宙温度持续下降。随着温度的降低，原子核、原子和分子逐渐形成，并结合形成普通气体。气体逐渐凝结形成星云。星云进一步形成了各种恒星和星系，最终形成了我们看到的宇宙。

1929年，美国天文学家哈勃在观察银河系附近的星系时发现了一个惊人的事实：那就是说，他发现几乎所有的星系都在彼此偏离，而且它们离得越远，它们离开彼此的速度就越快。这一发现产生了宇宙膨胀理论，这也是大爆炸理论的基础。根据哈勃的观察，后代已经进一步探索了宇宙的膨胀理论。现在宇宙的膨胀率已经测量出来了。根据这个不太准确的数字，科学家们提出了宇宙膨胀速度超过光速的理论。这个理论表明，在离地球约137亿光年的地方，星系离开地球的速度将快于光速。也正因为如此，科学家们得出了宇宙年龄为137亿岁的结论。虽然这个数字不准确，有人说是144亿光年，但这并不重要，只要知道它是如何产生的。

宇宙的年龄是根据我们能看到的宇宙范围来定义的，即可见的宇宙。在地球上，理论上我们能看到的最远的地方是一个离地球137亿光年的星系，在这个距离之外，即使有什么东西，我们也看不见。

按照目前最新的探测结果，我们的宇宙诞生于138.2亿年前。不过这个时间，其实对于大多数人来说没有任何意义，根本能够想象不出来。

但如果我们用一点点办法，还是能够很容易记住整个宇宙的历史到底发生了什么？今天，我主要采用两种办法，来帮你记忆。

首先，我们可以把宇宙的138.2亿年看成是1年。那么1秒钟就是438年。一分钟就是26280年，一小时就是1,576,800年，一天就是37,843,200年。

紧接着，我们可以把宇宙的历史进行一个简单地分成几个部分。这就有点像中国史，还分春秋战国，秦，西汉，东汉，三国，魏晋……

宇宙的历史可以简单分成：亚原子时代，原子时代，黑暗时代，恒星时代，暗能量时代。

那我们先从第一个时代开始....

亚原子时代

通常意义上认为，宇宙起源于一个奇点，这个奇点密度无限大，温度无限高，空间曲率无限大。然后这个奇点发生了一次大爆炸。（至于为什么会大爆炸，目前还没有一个定论）

虽然，密度逐渐降低，温度逐渐冷却下来，空间开始展开。亚原子时代大部分的故事都发生在宇宙大爆炸的第一秒内。

一开始的时候，整个宇宙其实充满了能量，里面并没有任何物质。紧接着，各种比原子尺度小的粒子诞生，比如：质子，中子，电子，夸克等等……

除了粒子，还有我们现在自然界的四大作用力，它们也逐渐分离出来，分别是：万有引力，强相互作用力，弱相互作用力，电磁力。

它们之后将会成为宇宙内万物的粘合剂，如果没有它们，也就不会有太阳，地球，更不会有现在的我们，宇宙中的万物将会成为一盘散沙。

除了粒子和作用力，宇宙空间也发生了超乎想象的变化。在说这个变化之前，我们要先理解一下，宇宙空间的膨胀，如果我们把宇宙空间看成是一个面包，那宇宙空间是整体性变大。

宇宙经历了100次加倍，宇宙空间变大为原来的10^30倍。在现实中，整个过程就经历了10^-33秒。

如果把宇宙的历史看成是一年，以上这些事情都发生在凌晨00:00:01内。

在这之后，整个宇宙就好像一大锅粒子粥，所有的粒子相互挤在一起，这个时候原子还没有办法形成，而光子也被挤在了这锅粥里。

原子时代

宇宙大爆炸30万年后，温度下降到3000K，中性原子逐渐形成。

如果把宇宙的历史看成是一年，原子的形成发生在凌晨00:11:25。

宇宙大爆炸38万年后，光终于可以从这锅粥当中解除出来，在宇宙中传播，这些光到现在还在宇宙中传播，他们也成了现在天文学家研究宇宙最重要的工具：宇宙微波背景辐射。我们原来看电视时，出现雪花屏，就和它有关。

如果把宇宙的历史看成是一年，第一束光诞生的时间就是在凌晨00:14:28。

恒星时代

宇宙大爆炸之后的前5亿年，其实宇宙都是漆黑一片的。在原子形成之后的岁月里，宇宙中的主要成分是气态物质，它们在自身引力作用下逐步凝聚成密度比较高的气体云块，直到逐渐形成了恒星和恒星系统。

因为恒星自身会发光，它们就好比宇宙中的灯塔一样。按照目前的观测结果来看，第一代恒星在大爆炸之后约5亿6000万年开始照耀。

如果把宇宙的历史看成是一年，第一颗恒星诞生的时间大概是在1月15号左右。也就是说，过去的15天里，宇宙都是黑暗一片的。

而按照目前对于银河系的研究，我们所在的银河系大概是在1月底2到2月初左右形成的。

然后在接下来的2-8月里，有许多恒星死亡，其中一部分是以非常壮烈的超新星爆炸的方式来结束自己的生命。

其中有的最终成为了黑洞。

有死就有生，还会有一些新的恒星诞生，但这当中大多数的事情与太阳系乃至人类没啥关系。

在距今46亿年前，在现在太阳的位置附近，第二代的恒星发生了超新星爆炸，爆炸后的星云物质，逐渐形成了我们现在的太阳系。

如果把宇宙的历史看成是一年，太阳的形成大概是在9月1号。

紧随其后，地球也逐渐形成了。

如果把宇宙的历史看成是一年，地球的形成大概是在9月2号。

紧接着，有一颗叫做忒伊亚的小行星撞击了地球。同时还撞出了很多碎片，这些残留的碎片形成了月球。同时还把地球撞歪了一定的角度，这才有了现在的一年四季。

如果把宇宙的历史看成是一年，月球的形成大概是在9月3号。

在恒星时代，整个宇宙的主导是物质，以及物质之间的引力作用。虽然宇宙还在膨胀，但是因为引力作用的存在，正在逐渐减慢。如果只有引力，那宇宙的膨胀速率是一定会逐渐下降的，甚至宇宙还可能会在引力作用下，坍缩回去。

但这一切并没有来得及发生。因为宇宙的主导就发生了转变。

如果把宇宙的历史看成是一年，恒星时代是从1月15号持续到9月15号，一共持续了8个月的时间。

暗能量时代

从距今40亿年前，宇宙的主导者变成了暗能量。暗能量产生的排斥力超过了物质产生的引力。所以，宇宙开始加速膨胀。

这种情况一直持续到了现在，宇宙膨胀的速度越来越快。

如果把宇宙的历史看成是一年，暗能量主导的时间大概是从9月16号一直到今天。

随着暗能量时代的到来，在距今38亿年前，地球上开始发生了一起奇怪的事情，在当时地球原始海洋的海底热泉口附近诞生了生命。

如果把宇宙的历史看成是一年，生命的起源大概发生在是从9月22号。

最早的生命都是在海洋当中，这是因为当时的地球大气还没有臭氧，无法抵御太阳光中的紫外线，紫外线对于生命的杀伤力特别大。

到了距今24亿年前，蓝细菌通过类似今天植物光合作用的方式，吸收了空气中的二氧化碳，释放出氧气。空气中的氧气大规模上升，史称：大氧化事件。

如果把宇宙的历史看成是一年，大氧化事件大概发生在是从10月29号。

随着氧气含量的上升，臭氧的形成。生物终于得以来到陆地上来，关于地球上接下来发生的一切，在这里就不细讲了，想了解整个地球的详细历史，请戳链接：一口气看完地球的历史

大概在距今6500万年前，一颗小行星撞上了地球。

当时地球的霸主恐龙在这次灾难中灭绝了。

如果把宇宙的历史看成是一年，恐龙的灭绝大概发生在是从12月29号。

接下来，我们迎来最后一天，这一天信息量很大...

在12月31号，也就是这一年的最后一天，晚上22:54:54，人属的第一个动物出现...

23:52:23，我们的祖先智人才出现...

23:59:52，人类的第一个文明，苏美尔文明才发现...

在最后一秒当中，

牛顿提出了牛顿三大定律和万有引力定律，统一了天上和地下的物理学，正式开启了现代科学的纪元。瓦特改进了蒸汽机，开启了第一次工业革命，人类步入蒸汽时代。

随后，麦克斯韦统一了“电”和“磁”，爱迪生，特斯拉等发明家开启了第二次工业革命，带领着人类走进了电气时代。

再然后，爱因斯坦提出了相对论，哥本哈根学派的物理男孩们构建了整个量子力学的大厦...

如今，我们步入了信息时代，而信息时代的基础则是香农的信息论...（想要了解香浓的信息论，可以戳链接：信息论之父香农，20世纪伟大的科学家，一个理论改变了一个时代）

所以，相对于整个宇宙的历史，人类文明只是转瞬之间。

关于宇宙138亿年的历史，我们就说到这里。

根本没有人可能去了解138亿年前的宇宙史。

目前只了解宇宙中各种星系以及他们运动的轨迹，这是我们人类随着科学的发展不断追寻出来的结果，在未来应该了解的会越来越多。

昨晚去了一趟宇宙边缘一趟，其实宇宙不是最大的，宇宙外面还是无边无际的宇宙，不过有地面有高空，宇宙也是圆体的，也在转，围绕一个比它还大的一个宇宙，我们所有的一切星球在里面就想双色球一样，在里面转动，我们知道的银河系一直是往下沉的，缺怎么也沉不下去这就想我们的飞机怎么飞都出不了地球是一个道理，一切原因都是宇宙在转，科学家发现最远的星星离地球200亿光年，那是因为看的是宇宙上空，看到了其他宇宙，做个比喻，你看地上的蚂蚁是138亿光年，一个会飞的蚂蚁在天上比喻成200亿光年，这样大家可以理解了吧，宇宙不是个体而是多元体。宇宙大爆炸不是说宇宙是大爆炸产生的，而是宇宙原本就存在，那是后只有一个星球或多个星球，因为碰撞爆炸产生的宇宙一切物质，做个比喻一对夫妻生了孩子以后称之为家庭，夫妻没有孩子叫做家。
而且我们的宇宙像是一个透明体，宇宙与宇宙之间会因为一处碰撞形成宇宙合并。

宇宙的广袤至今没有人能全部探索完成，不存在谁全部了解。

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任县17056621164： 138亿年前的宇宙什么样 - ？
廉竹古纯： 在133亿年至139亿年前,宇宙只是一个密度极大且温度极高的点.如今的宇宙是经过飞速地膨胀而来的(就是宇宙大爆炸).宇宙是一个很神秘的 甚至永远都无法研究到底的一门科学 你要是有兴趣 就从大爆炸开始研究吧~很有意思的!

任县17056621164： 为什么宇宙年龄是138亿年 - ？
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任县17056621164： 宇宙诞生至今138亿年,为何可观测宇宙直径有930亿光年? - ？
廉竹古纯： 现在人类已经根据理论得到,我们有着以地球为中心,930亿光年的可观测直径.但是宇宙大爆炸理论又提出,宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸,如果说光速是宇宙速度的上限,为什么138亿年后,宇宙的大小不是138亿光年的半径范围?这...

任县17056621164： 宇宙大爆炸仅138亿年,为什么宇宙直径900多亿光年?？
廉竹古纯： 宇宙大爆炸之初有个暴涨期,那个时段物质扩张的速度远超光速,但只是一种数学模型. 我们所在的宇宙年龄约为138亿年,但在更大范围内的宇宙层级里,我们的宇宙仅仅是沧海一粟,所以直径900亿年也不是宏观宇宙的极限.

任县17056621164： 宇宙已存在138亿年,宇宙之前是什么 - ？
廉竹古纯： 1. 宇宙之前还是宇宙,成住坏灭空是宇宙的规律,旧的没了,新的会再生.2. 宇宙不止138亿年,现在科学家认识是错的.3. 你也不是地球人,我们来地球是为了修炼,同时拯救我们自己的小宇宙,我们都是离地球非常遥远的宇宙来的生命.

任县17056621164： 虽然说宇宙诞生了137亿年,但138亿年会是什么样呢?我觉得宇宙好像数轴一样没有最小(开始)也没有 - ？
廉竹古纯： 首先,宇宙是有开始的,就是创世大爆炸,在这之前,很有可能是一个古老宇宙的衰亡,宇宙就好比恒星一般,自身燃料消耗殆尽爆炸后,产生的星云又会重新组成一个新的恒星,这是一个个循环,平行宇宙很有可能是存在的,去看看《走进霍金的宇宙世界》吧,他会给你更好的解答

任县17056621164： 宇宙没有形成之前是什么样子的? 宇宙到底有多大? 宇宙外面是什么? - ？
廉竹古纯： 宇宙没有形成之前是什么样子的?现今的人们还没有能够观察到前宇宙的仪器,也不具有推断它的理论.宇宙到底有多大?我们所在的宇宙,是从138亿年前的一次高能质点大爆炸开始的,此后本宇宙便以光速向外扩张,光线所致皆为本宇宙范围,在漫长的空间尺度上,光线的传播并非是直线,而是受到质量密度的影响呈弯曲前进,所以至今我们通过哈勃望远镜拍到的图像,仍能够观察到一百多亿年以前的遥远星云(原始星系),那其实就是本宇宙孩童时期的照片,其中也包含有演化成我们银河系、太阳、地球的远古物质.宇宙外面是什么?同样的,现今的人们还没有能够观察到宇宙外面的仪器,也不具有推断它的理论.宇宙外面也许是另外的宇宙吧.

任县17056621164： 你了解宇宙的发展史吗 - ？
廉竹古纯： 我们已经知道地球是作为一个小分子存在于广大的宇宙中的,关于这个巨大得超乎想象的宇宙,“渺小”的人类从没有停止过伟大的探索.宇宙的发展史就是人类最关心的宇宙学问题之一.宇宙学者们认为,宇宙在最初时刻是难以想象的热而小...

任县17056621164： 宇宙大爆炸是不是暴胀? - ？
廉竹古纯： 大爆炸是关于宇宙历史的一个观点,是关于空间、时间、物质和能量的历史.至今为止,宇宙存在了大约138亿年,用望远镜观察到的结果显示宇宙在138亿年前并不是像现在这样广阔,而是非常小的.望远镜观察结果显示,在大爆炸的最初一...