267亿年：宇宙一下子老了130亿年？

合集 · 解读科技问题 (79)

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这个故事首先要从匈牙利传奇数学家保罗·埃尔德什（Paul Erdös，1913 —1996）说起。他经常说：“当我是个孩子的时候，人们说地球的年龄是20亿年。现在，科学家说地球的年龄是45亿年。所以，我已经活了25亿年了。”
	奇妙的是，最近同样的事也发生在了我们所有人身上。一位来自加拿大的科学家Rajendra Gupta发表了一篇文章，说宇宙的年龄是267亿年，而不是现在普遍认为的137亿年。按照埃尔德什的算法，我们所有人的年龄一下子增加了130亿年！
	不过，紧接着的问题就是：这个研究可靠吗？或者说，学术界主流接受这个结论了吗？答案非常明确：完全没有接受，这其实还只是他的一家之言，远没到改变教科书的程度。大家要想延年益寿，还是得好好锻炼，而不能指望一夜之间增加130亿岁这样的玄幻情节。
	最近，我的科大师妹“弦论世界”周思益博士介绍中山大学物理与天文学院蔡嘉琪同学在我的科普平台“风云之声”写了一篇文章《267亿年：宇宙一下子老了130亿年？》。下面，我就来基于这篇文章，向大家介绍一下这是怎么回事。
	首先我们需要了解一下，137亿年的主流数据是怎么来的。其实宇宙有个年龄，这本身就是一个出人意料的发现，很多人的默认观点是宇宙无始无终。这个观点好像还挺有哲学意味，例如康德的“二律背反”。但无论再哲学它实际上也是错的，因为它跟一些观测事实不符。
	例如一个很基本的问题是“夜晚为什么是黑的”，——这个问题乍看起来完全不是个问题，但仔细思考才会发现是个非常深刻的问题，它叫做“奥伯斯佯谬”（Olbers paradox）。请你仔细想想，为什么夜晚是黑的，就意味着宇宙有个有限的年龄？如果你能想清楚，说明你是个非常有思辨能力的人。
	对宇宙年龄最著名的证据，是所有的星系都在离我们远去。下图来自美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble，1889 — 1953）1929年的论文原文，他将对许多星系的观测数据画在同一张图上，其中横轴是星系间的距离，纵轴是星系的退行速度，即离开我们的速度。可以看到，离我们越远的星系，远离我们的速度越快。如果把数据用直线拟合，我们可以定义直线的斜率H = v/d为“哈勃常数”。这就是著名的哈勃定律，它证实了宇宙在膨胀，请仔细想想这是为什么。
	那么，哈勃定律和宇宙年龄有什么关系呢？假如把宇宙的时间倒着走，那么最终的结局就会是缩成一个点。而从现在到缩成一个点所需的时间，就是哈勃常数的倒数。我们把它称为哈勃时间（Hubble time），这就是对宇宙年龄的估计值。因此，哈勃常数的大小将是回答宇宙年龄的关键。为了得到更精确的哈勃常数，人们做了大量的观测，例如1990年发射的哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope，HST）。
	基于这些事实和观测，科学家们提出了“宇宙大爆炸模型”，得到了绝大多数天文学家的认可。根据这个模型以及多年来的天文观测和数据分析，目前对宇宙年龄最好的估计是137亿年。
	那么下一个问题是，加拿大科学家的267亿年是怎么来的？这个问题，就只有读过原始论文的内行才能明白了。基本的回答是，这个非主流的结论建立在非主流的假设上，而且不是一个非主流的假设，而是两个非主流的假设。其实“非主流”是一个比较委婉的修辞，大多数科学家对这些假设的看法应该是：完全不靠谱。
	所以如果你明白这个推理过程，你正常的思维就会是：既然这些假设得到如此奇怪的结论，不更说明这些假设不对吗？！而《皇家天文协会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）居然刊登了这个结果，这个期刊在天文学界的地位还不低，这才是最匪夷所思的。
	下面，我们暂且不论为什么《皇家天文协会月刊》要刊登这样的结果，先来看看这两个非主流假设是什么。
	第一个假设是瑞士天文学家弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky，1898 — 1974）的累光理论（the tired light theory）。这个名字“the tired light”就很神奇，直译为“疲惫的光”。累光理论认为，哈勃观测到的红移不是由于宇宙在膨胀，而是光本身的性质造成的。就像一辆汽车在行驶过程中会不断地消耗汽油，光在传播过程中也会不断地失去能量。能量变小，光波就会变长，看起来更红，也就发生了“红移”。
	跟这个累光理论对比一下，我们就会对主流的大爆炸模型加深理解。在主流模型中，宇宙学红移不是由于光在失去能量，而是由于宇宙膨胀。
	为了理解这个概念，你可以把宇宙想象成一个正在膨胀的气球，星系就像是气球表面的点。如果在两点之间画一条波浪线代表光波，那么随着气球的膨胀，很自然的，这条波浪线就会被拉长。