为啥说宇宙年龄是150亿？ 第1页

题主的疑问都是宇宙学中很常见的疑问。

按照我所知道的说法，是科学家根据可观测的距离来判断的，但为什么可以观测到是470亿光年？

现在宇宙学的主流模型是ΛCDM模型，我们说宇宙年龄大约是150亿年（实际上是137.87亿年），是基于观测数据和ΛCDM模型计算出来的，而不是根据可观测距离推断的。

哈勃曾经发现所谓的哈勃定律：星系退后的速度与星系距我们的距离成正比，比例系数就是哈勃常数。如果哈勃常数不随时间变化的话，很容易知道宇宙的年龄应恰为哈勃常数的倒数。所以我们只需要测量哈勃常数，再取倒数即可估算出宇宙的大致年龄。（当然，哈勃常数事实上是随时间变化的，所以取倒数的方法只是粗略估计，还需要宇宙各成分的占比。）

题主可能对“可观测”三字有所误解。“可观测”给人的感觉就像是由于人类技术所限，只能探测到这么多地方，随着技术的进步，可观测宇宙就会越来越大。但这个想法是误解！可观测宇宙真正的含义是：可观测宇宙是与我们有因果联系的范围，其半径等于光子从宇宙诞生那一时刻运动到现在，刚好被我们接收到所经过的距离。也就是说，可观测宇宙完全是理论上的概念，与人类技术无关，其大小在ΛCDM模型可以被计算出来。

就算地球是宇宙的边缘，观测到另一个边缘也才是300亿光年吧？

很多人会误以为“可观测宇宙半径=光速×宇宙年龄”，这就导致题主以为可观测宇宙直径是300亿光年。实际上，这是一种宇宙静态的观念。由于宇宙在膨胀，这就必然导致可观测宇宙半径>光速×宇宙年龄。根据哈勃定律v=HD，在足够远的地方星系的退行速度就超光速了，但这是由于空间本身膨胀导致的超光速（星系的局域速度没有超光速），没有传递信息，所以不违反相对论。

另外问下，150亿是指宇宙最少是在150亿年前出现，更遥远的时间我们的科学还无法断定。还是指宇宙年龄最多也就是150亿年？

在ΛCDM模型下，宇宙的picture其实是很清晰的。宇宙有一个开端，然后在各种成分的作用下不断膨胀，并永远膨胀下去。这里的150亿年就是宇宙开端到现在的时间间隔。宇宙开端之前的时间并不是well-defined的，没有讨论的必要。（当然，ΛCDM模型不一定就是正确的，但现在看来这个模型很好。）

简单介绍一下ΛCDM模型

光从字面上，这个模型就已经揭示了宇宙的主要成分是暗能量（宇宙学常数Λ）和冷暗物质（CDM，cold dark matter）。在该模型下，决定宇宙的方程主要有以下三个：

FLRW度规

弗里德曼方程

状态方程

这些方程可以由广义相对论和宇宙学原理（cosmological principle）推导出。

在ΛCDM模型下计算宇宙年龄

使用弗里德曼方程的密度参数形式

因为 ，故

故

代入数据 ， ， ， 便可计算出宇宙年龄大约就是138亿年。

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