原创 张轩中 全国少工委 2022-06-13 17:01 发表于北京
一个人的年龄，一般不会超过120岁。一棵树的年龄，一般不会超过3000年。地球已经有46亿年历史了，那宇宙有年龄吗？如果有，它现在多少岁了？我们要怎么测它的年龄呢？
宇宙也有年龄
首先，宇宙是有年龄的。跟我们人类一样，宇宙也有一个出生日期，当天还发生了一件大事——宇宙大爆炸。
别看宇宙现在这么大，其实最初它只是一个小得不能再小的点，在大爆炸之后才迅速变大了。刚出生的宇宙比一粒黄豆还要小，具体小到什么程度呢？科学家告诉我们，最初的宇宙半径要小于0.0000…0001米（这里一共有35个零）。
因此，当我们说到宇宙的年龄时，其实是从宇宙大爆炸开始算的。那么，从宇宙大爆炸到现在，已经过去了多少年呢？
科学家说，这个问题需要把理论和观测结果结合起来才能解答。光有理论或者光有观测实验，是没法找到答案的。这就好像你在理论上是爸爸妈妈生出来的，但具体到你几岁了，还需要对你进行一定的实验测量才能知道——比如看看你的牙齿，或者看看你的身高。
需要根据宇宙学理论，再结合对超新星以及宇宙微波背景辐射的天文观测，才能回答这个问题。
宇宙在膨胀
那么，计算宇宙的年龄具体需要什么宇宙学理论呢？
这里不得不提到天体物理学的重要理论——爱因斯坦的广义相对论。1916年，爱因斯坦建立广义相对论后，开始思考要怎么用广义相对论的方程来描述我们的宇宙。最后，他提出了所谓的“宇宙学原理”。
宇宙学原理并不复杂：宇宙空间中的每一点都是雷同的，没什么区别——这就像我们看一个乒乓球，会觉得乒乓球上的每一点都是一样的，没什么区别。也就是说，在宏大的宇宙学尺度上，我们银河系所在的位置跟仙女星系所在的位置，在本质上并没什么两样。当然，在小的尺度上，宇宙学原理是不适用的。比如，太阳系内部有的地方密度大，有的地方密度小，它们当然是不一样的。
因此，在使用宇宙学原理的时候，我们一般把银河系这样的星系看成是一个点，不需要细致地考虑它内部的情况。于是，根据这个原理和广义相对论，科学家推导出这样一个结论：宇宙空间一直在膨胀变大。
也就是说，如果我们能够看到宇宙空间膨胀变大的过程，就可以了解宇宙的历史了。这就好像我们看着一个婴儿从牙牙学语到长大成人，肯定能知道他大概几岁。如果能看着他出生，我们对他精确的年龄就更清楚了。同样的道理，除非我们能看到宇宙大爆炸瞬间的情景，否则很难精确地推断出宇宙的年龄。
哈勃算年龄
这时候，对宇宙和太空的天文观测结果就派上用场了。
因为宇宙大爆炸瞬间的情况，现在的我们不可能观测得到，所以要通过观测大爆炸以后的情况，间接地推算出宇宙的年龄。
大约100年前，有个很厉害的天文学家叫爱德文·哈勃。他通过观测银河系外其他星系的运动，发现了宇宙正不断膨胀的秘密。接着，他还估算出了宇宙膨胀的速度。根据这个速度，他反向推算出宇宙至今总共膨胀的时间。可惜的是，哈勃估算的宇宙膨胀速度很不准确，所以他算出来的宇宙年龄也是错的。
哈勃为什么会算错呢？这是因为当时他用的天文望远镜不够高级，看不了很远。要是哈勃能看得更远，就可以看到更古老的宇宙，那么他将发现——宇宙并不是均匀膨胀的，而是在加速膨胀。
到了1998年，新一代天文学家通过对一类超新星的观测发现，宇宙不仅像哈勃说的那样正在膨胀，而且早在46亿年前（也就是地球诞生的时候）就开始了加速膨胀。这就好比通过观测一个小朋友的身高，我们能大致判断出他的年龄。但小朋友在十几岁的时候身体会发育，短时间内加速长高，像宇宙加速膨胀那样。如果我们不知道小孩子会经历发育期，仅从身高来估算年龄就会出现很大的误差。
通过观测这类超新星，我们可以把宇宙在各个时期膨胀的速度测得更准，从而把宇宙的年龄算得更准。
宇宙最早的光
只观测超新星就能知道宇宙的年龄吗？
当然不行，因为在宇宙大爆炸之后的2亿年内，是没有超新星存在的，甚至连恒星都没有。因此，要想精确测定宇宙的年龄，我们得让天文望远镜看得更远，通过观测宇宙微波背景辐射去看宇宙更早期的情况。
宇宙微波背景辐射听起来真复杂，它到底是什么呢？
如果有一个冰箱生产商宣称能生产出零下280摄氏度低温的冰箱，那他肯定是在撒谎，因为宇宙的最低温度也才零下273.15摄氏度。这个温度是宇宙最早发出的光的温度，这个光就叫作宇宙微波背景辐射。
宇宙虽然是大爆炸产生的，但大爆炸的瞬间并没有火光出现，一切都在黑暗中进行。随着宇宙温度的降低，光子获得自由，能够跑出来被我们看到。也就是说，宇宙微波背景辐射就是宇宙大爆炸所遗留下来的古代光。
前段时间，利用智利阿塔卡马沙漠高处的一个天文望远镜，天文学家对宇宙微波背景辐射进行了新的观测。他们的观测结果表明，宇宙已经有137.7亿年历史了，正负误差为4000万年。
这个观测数据还跟普朗克卫星对宇宙微波背景辐射的测量数据相互验证。
目前，二者给出的结论是宇宙的年龄在138亿年左右。这是目前人类对宇宙年龄最精确的测量。
