宇宙學:膨脹的宇宙
哈勃時間
這裡有一個估算宇宙年齡的信封背面式辦法。如果星系一直以它們當前的速度飛散,那就把影片倒帶:每個星系都筆直地退回向我們,而它們全都在過去的某一瞬匯聚到一起。自那次匯聚以來的時間,就是哈勃時間。它是你從膨脹速率免費得來的粗略宇宙鐘,還沒做任何細緻的修正。
數學簡單得令人愉快。因為哈勃常數 H0 在約去距離後單位就是時間的倒數,它的倒數 1/H0 便是一段時間。代入 H0 = 70 km/s/Mpc,得到的哈勃時間約為140億年——驚人地接近實測的宇宙年齡,約138億年。這種近乎吻合,是我們走在正確方向上的有力暗示。哈勃時間也兼作長度尺度:光行進一個哈勃時間所走的路就是哈勃距離,非常粗略地說,正是可觀測宇宙的尺度。
玄機在於,唯有膨脹速率從未變化過,哈勃時間才等於真實年齡——而它變化過。物質的重力曾減慢早期的膨脹,暗能量卻在加快近期的膨脹,這兩個效應恰好大致抵消,這正是 1/H0 落得如此接近真實年齡的緣故。所以請把哈勃時間當作一個出色的數量級估計、一個時機上的美麗巧合,而不是精確的年齡;要算精確年齡,得動用完整的弗里德曼方程。
取 H0 = 70 km/s/Mpc,1/H0 的算術給出約140億年。計入先減速、後加速的完整 Lambda-CDM 計算給出138億年——兩者相差不過百分之幾。
1/H0 是一個快速的年齡估計,恰好落在真實的138億年附近。
唯有膨脹速率從未變化,哈勃時間才等於宇宙的真實年齡。它變化過,所以 1/H0 只是估計;它接近138億年,部分是各種效應相互抵消的巧合。
又稱
另見