互动科普

推测宇宙年龄的方法复杂了些，但是我们还是按照发展顺序来说明。日本东京大学科维理宇宙物理学与数学研究所的村山主任如是说：“根据对遥远星系的观测（红移等)，能够得知宇宙的膨胀速度。根据这个膨胀速度，追溯到过去，就能够推算出宇宙空间的大小为零时的时间（从现在到宇宙诞生瞬间所经过的时间），这样就大致求得了宇宙的年龄。”

但是，这样求得的年龄只是一个大概的数值。这是因为，宇宙的膨胀速度在宇宙历史中的各个阶段是变化的。如果有膨胀速度比现在慢的时期，宇宙的年龄还要大；如果有膨胀速度比现在快的时期，宇宙的年龄还要小。

村山主任说：“要求得准确的宇宙年龄，必须知道它的组成。”所谓宇宙的组成，就是普通物质、暗物质、暗能量的比例。普通物质和暗物质因为引力作用，具有阻止宇宙膨胀的作用（减速作用），而暗能量具有加速膨胀的作用。知道了它们的比例，就能够确定宇宙的膨胀速度是如何变化的了。

观测“宇宙背景辐射”，使得宇宙的组成逐渐明了。诞生后不久的宇宙，处于高温、高密度的状态。就像木炭发热放光一样，这个时期整个宇宙都在发热放光。也就是说，宇宙空间充满了光。

图：初期宇宙的快照

上图是普朗克（Planck）卫星拍摄的整个宇宙的背景辐射照片。相当于诞生约38万年后的宇宙的温度分布图（红色为高温，蓝色为低温)。由于温度的高低和物质的密度分布高低有关，由此可以得知当时的物质密度信息。

在此之后，充满宇宙空间的光，由于宇宙的膨胀其波长被拉伸，变成了我们的眼睛看不见的电磁波。这就是背景辐射。

背景辐射原来就是充满宇宙空间的光，所以光是从宇宙的所有方向到达地球的。观测整个宇宙的背景辐射得到的照片，可以说是告诉我们诞生后不久的宇宙中的物质分布的、初期宇宙的快照。

村山主任说：“只要拍拍西瓜，就能够推测西瓜是不是熟了。声音是物质的疏密程度变换成波的形式传递的现象。”同样，从整个宇宙的背景辐射可以得知当时宇宙的物质分布的信息。物理学家们能够从中提取关于宇宙‘成分’的信息。”

根据发表于2013年3月的欧洲空间局（ESA）普朗克卫星的背景辐射观测结果，推测宇宙的年龄为138亿岁。

（本文发表于《科学世界》2015年第5期）