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宇宙的年轮

发布时间:2015-09-08

刘海涛

  宇宙多大了,这是个人人都想知道答案却难于知道真正答案的问题。人一出生就有一个出生证明,有了这个证明,别人就会知道大家的年龄。但宇宙诞生的时候貌似是上帝忘了开证明了,所以导致现在的人们竭尽全力地寻找证明。 

  既然没有官方的证明,大家总还是有一些其他的方法获知一些事物的年龄,比如一棵树:小时候,大家就知道了,观察一棵树的年轮就知道这棵树的年龄。而对于原来存活但死去多年的古树,大家怎么测定,如果找不到年轮的话,科学家会找到它所含元素的年轮:碳-14。这就是放射性碳定年法,又称碳测年,是利用自然存在的碳-14同位素的放射性确定年代,用以确定原先存活的动物和植物的年龄的一种方法,可测定早至五万年前有机物质的年代。对于考古学来讲,这是一个准确的定年法技术。碳以同位素混合物形式存在于大气和所有生命组织中(在组织存活时期混合物的比例为恒定)。碳有两个同位素:碳-12和碳-13。除此之外,还有一些微量的不稳定(放射性)同位素:碳-14。碳-14的半衰期为5730年,因此它要用很长的时间才可完全消失,当动物或植物组织死亡后,由于碳-14会经历衰变,其比例就会降低,于是死亡样品的年龄可以通过测量样品的碳-14含量来确定。因为植物进行光合作用吸入大气层中的二氧化碳,然后又被动物进食,故此所有生物都固定地与大自然交流着碳-14,直至它们的死亡。一旦它们死亡,这个交流就会停止,碳-14的含量就会透过放射衰变逐步减少。这个衰变可以用来计量一个已死的生物的死亡时间,所以碳-14成了事物的一种内在的年轮。 

  同样,对于宇宙,大家似乎也要找到这样一种年轮,从而确定它的年龄。这个年轮可以是碳-14,但它的半衰期似乎有些短,那么,大家选一个长的:铀-238,半衰期四十四亿五千万年。 

  现在,科学家已利用望远镜观察最老的星球上的铀光谱,从而估计宇宙的年龄是一百二十五亿年。科学家对宇宙的年龄有不同的估计,根据不同的宇宙学模型,科学家估计宇宙的年龄是介乎一百亿至一百六十亿之间;2001年科学家利用南欧洲天文台的望远镜,观察一颗称CS31082-001的星球,量度星球上放射性同位素铀-238的光谱,从而计算出这星球的年龄是一百二十五亿年,这个估计的误差大约三十亿年,是亦即是说,宇宙的年龄至少有一百二十五亿年,这是科学家第一次量度太阳系以外铀含量的研究。科学家指出,在宇宙开始时,大爆炸会产生氢、氦和锂等元素,而比较重的元素是在星球内部产生,当星球死亡时,含有重元素的物质会散布到周围的空间,然后和下一代的星球结合;其实,地球上黄金也是从爆炸了的星球来。因此,愈老的星球上的重元素,也会愈少,科学家认为,一些比较老的星球的重元素含量,只有太阳的二百分之一。 

  当然,就像碳-14受到质疑一样,由于碳-14的含量会因地区、时间与生物种类的不同而有差异,大家不知道一个生物体在它死亡或枯萎时的碳-14与碳-12的原始含量,自然也就无法依赖碳十四的捡测来做准确的年代判定;碳-14断代法的唯一功能在于在完全相同地域环境下的两件物品中,判定那一件较古而已。所以,仅仅采用铀-238来推算宇宙的确切年龄也是有误差的,就好像大家数一棵树的年轮也会数错一样。 

  但是,毕竟用铀-238的年轮,大家还是知道了宇宙的大概年龄。而大家讨论到这里,似乎准确年龄已不是很重要——因为大家到现在还是无法查出其准确年龄——但年轮的思想似乎已经深入人心,不管是树木的年轮,还是放射性元素的年轮。大家并没有了解到宇宙的真正年龄,但大家用了一个原理简单(虽然测试并不简单)的测算年龄的方法,而知道了宇宙的大概年龄,这未尝不也是一种收获。 

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