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计算宇宙的年龄 高中物理 朱浩

已有 4974 次阅读2010-12-5 21:07 分享到微信

计算宇宙的年龄 高中物理 朱浩

      以下是高中《物理学》的例题,它计算的宇宙年龄为100亿年,与科学家计算的宇宙年龄137亿年或150亿年相距甚远,但它毕竟给高中生等非学者一种思路,很有价值。差距的原因为本例题中将地球视为中心所致——事实上地球并非宇宙的中心(参见《读爱因斯坦文有感》、《时间简史》)。

哈勃常数H=3×10-2m/s·光年,是怎样测定的,希望有位读者用通俗易懂的文字说明一下,本文将转载。

发博时, 受网站限制,平方、8次方、10次方等无法表达出来,读者应自辨。

[例]天文观察表明,几乎所有远处的恒星或星系都在以各自的速度背离我们而运动,离我们越远的星体,背离我们运动的速度(称为退行速度)越大;也就是说,宇宙在膨胀,不同星系的退行速度u和它们离我们的距离r成正比,即

u=Hr

式中H 为一常量,称为哈勃常数,已由天文观察测定,为解释上述现象,有人提出一种理论,认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的,假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动,并设想我们就位于其中心,则速度越大的星体现在离我们越远,这一结果与上述天文观察一致。

由上述理论和天文观测结果,可估算宇宙年龄T,其计算公式为T=_______,根据近期观测,哈勃常数H=3×10-2m/s·光年,其中,光年是光在一年中运行的距离。由此估算宇宙的年龄约为_________。

解答:宇宙形成是从宇宙大爆炸开始,每一个星体都以各自的速度匀速地远离中心,这就是我们观测到的膨胀现象,对于不同的星体远离的速度不同,离中心越远速度越大,即u=Hr,它不是同一天体的速度随距离的变化规律。

爆炸后各星体做匀速运动,令宇宙年龄为T,则星球现在的距离为

r=uT=HrT得T=1/H

T=1/H=1/3×10-2m/s·光年=1s·光年/3×10-2m=1s×(365×24×3600×3×108)m/3×10-2m=365×24×3600×3×108年/3×10-2×365×24×3600=1×1010年(1010年实为100亿年,10的10次方网站错显为1010)

答案:1/H  1×1010年

附:哈勃常数

目录

简介 详细介绍
基本信息
发现历程简介 详细介绍
基本信息
发现历程

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编辑本段简介
  哈勃定律中河外星系退行速度同距离的比值 它是一个常数 常用H表示 单位是千米/( 秒·百万秒差距)
  计算宇宙的年龄   高中物理 朱浩 - 硒鼓 - 硒鼓

  


一般认为 H值应在50~75之间
编辑本段详细介绍
基本信息
  【中文词条】哈勃常数
  【外文词条】Hubble constant
  【作??者】潘宁堡
发现历程
  河外星系退行速度同距离的比值﹐它是一个常数﹐通常用H 表示﹐单位是公里/(秒·百万秒差距)。这个比值有时简称速度-距离比﹐或哈勃比。1929年﹐哈勃首先发现河外星系的视向速度与距离成比例(即距离越大视向速度也越大)﹐并给出速度-距离比﹐符号为K ﹐比值为500。后来人们称为哈勃常数﹐并改用符号H 。1931年﹐哈勃和M.La.s.哈马逊第二次测定H 为558﹐后又订正为526。
  哈勃定H 时﹐应用了造父变星[1]和星系中的最亮星来标定距离。1952年巴德指出﹐仙女星系中造父变星的星等零点应变动1.5等﹐由此哈勃常数应修订为H =260。1958年桑德奇指出﹕哈勃所说的最亮星实际上位于电离氢区﹐因此要再加上1.8等的星等改正﹐从而将哈勃常数降低为H=75。1974~1976年﹐桑德奇和塔曼又用七种距离指标的方法重新修订哈勃常数﹐得H =55﹐只及哈勃当年测定值的1/10。这就是说﹐按哈勃定律推算星系的距离﹐用H的新修订值所得结果比哈勃当年所得的结果增大 10倍。
  在相对论宇宙学中﹐哈勃常数可以与宇宙标度因子R (t )联系起来﹕H =(t )/R (t )。在某些宇宙学中﹐哈勃常数是时间的函数﹐通常用H 表示哈勃常数的现代值﹐并把H 称为哈勃参量。
  自从七十年代以来﹐许多天文学家用多种方法测定了H ﹐各家所得的数值很不一致﹐有代表性的四种﹐列表如下﹕
  哈勃常数测定值的分歧在于用不同的距离指标给出的距离模数不同。除观测的系统误差﹑随机误差和银河系内距离指标的标定不确定性等外在因素外﹐还有内在原因。例如﹐不同星系之间由于化学成分﹑年龄﹑演化经历的不同﹐距离指标和绝对星等之间的关系就不会一致。









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发表评论 评论 (1 个评论)

回复 听雨潇潇 2010-12-5 23:05
深奥......

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