《街角恋人-百度》魏佳艺·街角恋人https://mbd.baidu.com/ug_share/mbox/4a83aa9e65/share?product=search&tk=254f108aa59247c68e66dfc0b72274d9&share_url=https%3A%2F%2Fm.baidu.com%2Fs%3Ftn%3Dzbios%26pu%3Dsz%25401320_480%252Ccuid%25400ivHf0uqSfgCivuW_82x8lu9Hf_jaHtHl8BY80asSi8L9SaxpiD1u2QEA%252Ccua%2540_a-qiyuu2igyNE6lI5me6NN0v8oTa2I4_C2HiyaI-iqlC%252Cosname%2540baiduboxapp%252Cctv%25402%252Ccfrom%25401026250u%252Ccen%2540cuid_cua%252Cc3_aid%2540A00-M3HST3LDXGXCEGPH6NQMB6YMKWAHSJ4Y-AS4RYEZ5%252Ccsrc%2540home_box_txt%252Cwh%25401%26bd_page_type%3D1%26word%3D%25E6%2597%25B6%25E5%2585%2589%25E6%2582%2584%25E6%2582%2584%25E6%25BA%259C%25E8%25B5%25B0%25E5%25A6%2582%25E4%25BB%258A%25E6%2588%2591%25E5%25B7%25B2%25E4%25B8%258D%25E5%259C%25A8%25E9%2582%25A3%25E4%25B8%25AA%25E8%25A1%2597%25E5%25A4%25B4%26from%3D1020712e%26pkgname%3Dcom.baidu.searchbox%26p_sv%3D29%26mpv%3D1%26branchname%3Dbaiduboxapp%26ds_stc%3D0.489%26ds_lv%3D4%26network%3D1_0%26ss%3D100000000000000000000000000%26feedsa%3D178_0%26no_ubc_flag%3Dvalue%26sugid%3D230042722297265%26source%3Dhissug%26sa%3Diks_1%26rq%3D%25E6%2597%25B6%25E5%2585%2589%25E6%2582%2584%25E6%2582%2584%25E6%25BA%259C%25E8%25B5%25B0%26rsv_pq%3D17069543768027580183%26ant_ct%3DPAEw8bFWY4VPionAwelErlKIDsAcfFTAs2NbhTjZtqJWjzVMf5mTxBkuNEdZOqmf%26t_samp%3Dtcspeedup_0-aiapps_10050-fixhttpdns_0-load_async_k_0-Prefetch_NA_101%26tcs%3D4385698_S00&domain=mbd.baidu.com
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267亿年：宇宙一下子老了130亿年？ | 蔡嘉琪
原创 袁岚峰 风云之声 2024-01-25 20:02 发表于安徽
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想成为最长寿的人？听听匈牙利数学家保罗·埃尔德什（Paul Erdös，1913-1996）的办法：“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。”
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Paul Erdös in 1992 | 维基百科
这个笑话可能让你哈哈大笑，但奇妙的是，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！
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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。
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。
图片图源 prezi.com
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。
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星球间的距离与退行速度之间的关系
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）。
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宇宙从一个“奇点”开始膨胀 | National Science Foundation
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。
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用cookie（曲奇）理解“宇宙大爆炸模型”| YouTube
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。其实在这里，“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，这才是最令人匪夷所思的。
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。
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Zwicky in 1947 | 维基百科
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。
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图源 prezi.com
这意味着，随着空间膨胀，光在传播的过程中，它的波长会被拉长，发生红移，同时，星系之间的距离也在增大。因此，宇宙学红移和光本身的性质无关，但和空间的性质有关。
有一个我们日常生活中就经常见到的频率移动现象，叫做多普勒效应（Doppler effect），例如朝我们驶来的车船汽笛声会变得尖锐一些，而离我们远去的汽笛声会变得低沉一些。
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图源sketchplanations.com
多普勒效应跟宇宙学红移是什么关系呢？两者有相似之处，但又不同。多普勒频移的原理是相对运动，而在宇宙学红移中不存在相对运动，因为是空间整体在膨胀。仍然用气球来比喻，虽然气球上两点之间的距离增大了，但这些点在气球表面上并没有移动，因此并没有相对运动。
由于人们可以通过测量红移得到哈勃常数，从而得到宇宙的年龄，所以我们如何定义红移是很重要的一件事。如果用累光理论来定义红移，就会得到不同的哈勃常数。然而，有一些观测事实不能用累光理论来解释，如星系的表面亮度随距离的变化、宇宙微波背景辐射的热谱等，而宇宙膨胀的理论可以很好地解释它们。更基本的问题是，累光理论无法合理地解释为什么光子会失去能量。因此，累光理论从来没有得到过物理学家的认同。
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托尔曼表面亮度测试排除了累光理论对宇宙学红移的解释 | 维基百科
第二个假设是英国物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac，1902-1984）提出的耦合常数非恒定不变，简而言之就是物理常数不是真正的常数，而是会随时间变化。耦合常数是描述粒子之间相互作用的基本物理常数，例如电子电荷、光速、普朗克常数等都是耦合常数。1937年，为了解决物理学中的一些难题，比如为什么宇宙中的物质和反物质的数量不相等，以及为什么宇宙中引力和电磁力的强度相差如此之大，狄拉克提出了大胆的假设，认为耦合常数可能并不是恒定不变的，而是会随着时间而变化的。
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Dirac in 1933 | 维基百科
这些常数随时间变化会造成什么后果呢？如果电子电荷是随时间发生变化的，那么电磁相互作用就会发生改变，我们可能就没法稳定地上网了。如果引力常数发生变化，那么地球绕太阳的运动轨迹可能发生改变，进一步的，宇宙的结构都可能受到影响。变化的耦合常数可能带来不稳定的世界，很难想象在这样的世界里的物理规律会是什么样。
这样的世界看起来不太符合物理直觉，毕竟我们并没有感知到“变化的引力”，地球还是在稳定地绕太阳运行。实验观测也表明，基本常数是非常稳定的，至少还没有测到变化。所以，这依然是个非主流的假设。
总之，在这两个非主流假设的基础上，这位加拿大科学家Gupta重新计算了宇宙的哈勃常数，得到了一个比目前观测值更小的结果。由于宇宙年龄和哈勃常数成反比，所以宇宙一下子变老了一百多亿年！这就是我们“长寿”的由来。
你可能想问了，既然这两个假设并不可靠，为什么他仍要用这两个假设得到看起来更不可靠的结果，而且还发在了权威杂志上？
这是因为大爆炸理论并不完美，它还存在一些难以解释的矛盾和悖论。例如人们观测到，在宇宙形成后不久，就出现了一些非常大、非常亮、非常成熟的星系。如果早期宇宙年龄过短，就难以形成这些发达星系。而如果引入狄拉克的耦合常数可变的概念，那么这些早期星系形成的时间就可以从数亿年延长到数十亿年，为其处于更高发展水平提供了更可行的解释。
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GN-z11星系，人类已知的最古老的星系之一，距今大约134亿年 | 维基百科
所以，我们应该为非主流理论留下空间。如果这个结论是正确的，不但意味着我们的年龄一下子增加了130亿岁（划掉），还意味着我们对宇宙历史的认识将大幅改写。
不过——如果有人告诉你，他的祖先是恐龙，而且他有证据证明，但是他的证据只是一张画着恐龙的纸，你会选择相信吗？
顺便说一句，由于开头提到的数学家埃尔德什经常说那个自己的年龄增加了25亿年的笑话，所以就有学生画了一张他骑着恐龙的漫画，还有人问他：“恐龙怎么样了？”他的回答是：“我不记得了，因为老人只记得很早之前的事，而恐龙就像是昨天诞生的，仅仅一亿年前而已。”
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作者用AI生成
■ 作者简介
蔡嘉琪
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本科就读于中山大学物理与天文学院，将于2024年进入中山大学物理学院攻读博士学位，主要研究领域为非平衡物理学。
267亿年：宇宙一下子老了130亿年？ | 蔡嘉琪
原创 袁岚峰 风云之声 2024-01-25 20:02 发表于安徽
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想成为最长寿的人？听听匈牙利数学家保罗·埃尔德什（Paul Erdös，1913-1996）的办法：“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。”
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Paul Erdös in 1992 | 维基百科
这个笑话可能让你哈哈大笑，但奇妙的是，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！
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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。
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。
图片图源 prezi.com
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。
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星球间的距离与退行速度之间的关系
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）。
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宇宙从一个“奇点”开始膨胀 | National Science Foundation
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。
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用cookie（曲奇）理解“宇宙大爆炸模型”| YouTube
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。其实在这里，“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，这才是最令人匪夷所思的。
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。
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Zwicky in 1947 | 维基百科
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。
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图源 prezi.com
这意味着，随着空间膨胀，光在传播的过程中，它的波长会被拉长，发生红移，同时，星系之间的距离也在增大。因此，宇宙学红移和光本身的性质无关，但和空间的性质有关。
有一个我们日常生活中就经常见到的频率移动现象，叫做多普勒效应（Doppler effect），例如朝我们驶来的车船汽笛声会变得尖锐一些，而离我们远去的汽笛声会变得低沉一些。
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图源sketchplanations.com
多普勒效应跟宇宙学红移是什么关系呢？两者有相似之处，但又不同。多普勒频移的原理是相对运动，而在宇宙学红移中不存在相对运动，因为是空间整体在膨胀。仍然用气球来比喻，虽然气球上两点之间的距离增大了，但这些点在气球表面上并没有移动，因此并没有相对运动。
由于人们可以通过测量红移得到哈勃常数，从而得到宇宙的年龄，所以我们如何定义红移是很重要的一件事。如果用累光理论来定义红移，就会得到不同的哈勃常数。然而，有一些观测事实不能用累光理论来解释，如星系的表面亮度随距离的变化、宇宙微波背景辐射的热谱等，而宇宙膨胀的理论可以很好地解释它们。更基本的问题是，累光理论无法合理地解释为什么光子会失去能量。因此，累光理论从来没有得到过物理学家的认同。
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托尔曼表面亮度测试排除了累光理论对宇宙学红移的解释 | 维基百科
第二个假设是英国物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac，1902-1984）提出的耦合常数非恒定不变，简而言之就是物理常数不是真正的常数，而是会随时间变化。耦合常数是描述粒子之间相互作用的基本物理常数，例如电子电荷、光速、普朗克常数等都是耦合常数。1937年，为了解决物理学中的一些难题，比如为什么宇宙中的物质和反物质的数量不相等，以及为什么宇宙中引力和电磁力的强度相差如此之大，狄拉克提出了大胆的假设，认为耦合常数可能并不是恒定不变的，而是会随着时间而变化的。
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Dirac in 1933 | 维基百科
这些常数随时间变化会造成什么后果呢？如果电子电荷是随时间发生变化的，那么电磁相互作用就会发生改变，我们可能就没法稳定地上网了。如果引力常数发生变化，那么地球绕太阳的运动轨迹可能发生改变，进一步的，宇宙的结构都可能受到影响。变化的耦合常数可能带来不稳定的世界，很难想象在这样的世界里的物理规律会是什么样。
这样的世界看起来不太符合物理直觉，毕竟我们并没有感知到“变化的引力”，地球还是在稳定地绕太阳运行。实验观测也表明，基本常数是非常稳定的，至少还没有测到变化。所以，这依然是个非主流的假设。
总之，在这两个非主流假设的基础上，这位加拿大科学家Gupta重新计算了宇宙的哈勃常数，得到了一个比目前观测值更小的结果。由于宇宙年龄和哈勃常数成反比，所以宇宙一下子变老了一百多亿年！这就是我们“长寿”的由来。
你可能想问了，既然这两个假设并不可靠，为什么他仍要用这两个假设得到看起来更不可靠的结果，而且还发在了权威杂志上？
这是因为大爆炸理论并不完美，它还存在一些难以解释的矛盾和悖论。例如人们观测到，在宇宙形成后不久，就出现了一些非常大、非常亮、非常成熟的星系。如果早期宇宙年龄过短，就难以形成这些发达星系。而如果引入狄拉克的耦合常数可变的概念，那么这些早期星系形成的时间就可以从数亿年延长到数十亿年，为其处于更高发展水平提供了更可行的解释。
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GN-z11星系，人类已知的最古老的星系之一，距今大约134亿年 | 维基百科
所以，我们应该为非主流理论留下空间。如果这个结论是正确的，不但意味着我们的年龄一下子增加了130亿岁（划掉），还意味着我们对宇宙历史的认识将大幅改写。
不过——如果有人告诉你，他的祖先是恐龙，而且他有证据证明，但是他的证据只是一张画着恐龙的纸，你会选择相信吗？
顺便说一句，由于开头提到的数学家埃尔德什经常说那个自己的年龄增加了25亿年的笑话，所以就有学生画了一张他骑着恐龙的漫画，还有人问他：“恐龙怎么样了？”他的回答是：“我不记得了，因为老人只记得很早之前的事，而恐龙就像是昨天诞生的，仅仅一亿年前而已。”
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作者用AI生成
■ 作者简介
蔡嘉琪
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本科就读于中山大学物理与天文学院，将于2024年进入中山大学物理学院攻读博士学位，主要研究领域为非平衡物理学。
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