宇宙，元旦快乐！

眨眼间，2015已经过去，对我们来说，一年的时间弥足珍贵。而对于宇宙，一年的时间或许实在不足挂齿。新年第一问：亲爱的宇宙，您老贵庚呀？

你是否也在想宇宙是怎么来的？它一直都存在吗？如果不是，那它从何时开始？

这是人类一直的疑问，也是我们想要寻到答案的终极迷思。可是我们要如何才能知道宇宙是如何开始的这个如此复杂却又没有目击证人的大事件的真相呢？

天文学家们已经发展了一系列的探究方式，比如通过查找宇宙中最老天体的年纪，计算宇宙膨胀率再沿时间反向倒推，还有测量微波背景辐射来宇宙最初的状态和后续演化。

哈勃和一个日渐膨胀的宇宙

你们造吗？宇宙的“年龄”这个概念直到20世纪才开始有的。在20世纪初期，科学家和哲学家们都相信宇宙既没有开端，也不会结束。1920年代，数学家亚历山大•弗里德曼预言了宇宙的膨胀，随后哈勃发现许多星系在高速的远离我们，于是宇宙膨胀这一观点得到确认。1929年，哈勃测量到好几个正在远离我们的星系，并将结果发表在文献中，阐述了宇宙在日益变大这个结论。

之后，科学家意识到，如果将时间回流，就可以将膨胀的宇宙反向回缩，最终缩为一个点——一个所有开始的起点。反向追溯宇宙膨胀在物理学上叫做寻找它的动力年龄。宇宙的膨胀率也被称为哈勃常量。

哈勃难题

哈勃常量的测量并不容易，从30年代开始，这个数字已经被修正过很多次。我们可以通过拿预估的宇宙年龄和已知的最老天体年龄作比较来检查哈勃常量，以确保预估出的宇宙年龄不会比已知天体年龄小。

科学家可以通过计算已经燃烧殆尽的恒星（白矮星）的冷却时间，来推算它们的年龄，同时也能估算出球状星团、和由老恒星组成的大星团的年龄。我们已经成功算出最老天体的年龄在120亿到130亿年间。

90年代时，科学家发现，根据哈勃常量推算出的宇宙年龄比最老天体还要年轻十几亿年。1998年，里斯等几位科学家通过对一种超新星的观测发现了问题的本源——宇宙的膨胀率并非常量，它在加速膨胀。I型超新星在爆炸时亮度均匀，光以恒定的速度传播，通过测量光传播到地球的时间，科学家们得到了I型超新星与地球的距离。

诺贝尔得主亚当•里斯说：“过去，超新星常被用于推算我们的宇宙膨胀得多块。通过对和地球相距很远的超新星的观测，我们也能看到宇宙膨胀率其实一直在变。” 通过这种方法，宇宙的年龄被估算为133亿年。

本文图片来源：Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova

宇宙的成分

宇宙微波背景辐射（CMB）——“大爆炸”遗留下来的热辐射，是我们探寻宇宙的奥秘另一利器。里斯说：“CMB能告诉我们最早期宇宙的状态和组成，让我们知道那时候宇宙里有什么。理论上来讲，我们能根据宇宙的初始状态预测需要多久来行成宇宙初期的组成，以及在不同方位的宇宙将会如何膨胀。”

科学家根据威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）提供的数据，绘制了一副CMB在分钟内温度波动图样。然后拿这个波动图样和不同的用于预测CMB图样的理论模型一一比对，最终在2003年找到一个吻合的模型。WMAP发现普通物质只占构成宇宙的4%；23%是暗物质；还有73%的是暗能量。科学家用WMAP提供的数据重新估算宇宙的年龄，得出的结果是137.72±0.59亿年。

2013年，普朗克望远镜成功绘制了一张更全面更精确的CMB温度波动图样，计算出的宇宙年份为138.2±0.5亿年，稍老于WMAP的预测。不仅如此，根据普朗克的数据还得到了一份更准确的宇宙成分分析，发现暗能量大约占所有组成的68%，暗物质为27%。

新问题

虽然现在科学家们手中已有如此精准的数据，但仍然有很多问题需要被解答。比如说，目前测量到的膨胀率比从CMB推算出的要高出大约5%，科学家还未找到这高出的5%的原因。

里斯说：“这或许说明我们并非完全了解宇宙的物理，又或者说，在这两组数据里存在某些错误。同时，我们为这5%的差异疑惑和沮丧，标志着我们在宇宙学取得了前所未有的重大成就：因为在十五二十年前，宇宙膨胀率的数值差能高达两倍。”

除此以外，宇宙中占95%的暗物质和暗能量仍对我们保持着绝对神秘，对此里斯说：“我们了解开暗物质和暗能量之谜的最好机会是继续进行精准的测量，并且不断寻找细微的差别，或许就这样让我们找到解开这团乱麻的线头。”

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多长的时间才能称之为长？我们越来越常感慨时光飞逝，在奔波忙碌的为生活奋斗途中，年岁渐渐增长。2015.08.24，在科研之路上蜗行牛步的苦逼PhD，抱着想要和喜爱物理和天文的朋友一起分享科学的乐趣的心情，创办了“原理”公众号。非常感谢你们每一个人的关注，你们的支持是我们最大的动力。2016年，我们一定会加倍努力哟！