Ursprunglig fråga:
Hej! Jag håller på med ett specialarbete om universums ålder, och jag undrar hur de fullständiga beräkningarna för detta ser ut?
/Gustaf J, Gislaveds gymnasium, Gislaved

Svar:
Universums ålder är enligt ett naturvetenskapligt sätt att se, den tid som förflutit sedan big bang. De senaste mätningarna med Planckteleskopet, från 2013, ger vid handen att universum är 13,798±0,037 miljarder år gammalt, enligt standardmodellen för kosmologin, Lambda-CDM-modellen. (Universums_ålder )

Det finns i huvudsak två metoder att bestämma universums ålder: kosmologiska och astrofysikaliska. För en del år sen var det en besvärlig situation. De äldsta stjärnorna tycktes vara 15 miljarder år, medan de kosmologiska beräkningarna gav universums ålder till 10 miljarder år. Idag är diskrepansen i stort sett borta (ungefär 14 miljarder år).

De kosmologiska beräkningarna baseras på universums expansionstakt, som ges av hubblekonstanten (H). Wendy Freedman, en av de främsta specialisterna på området, har skrivit en artikel i Scientific American om saken (mars 1998). I princip är universums ålder proportionell mot 1/H. Fullt så enkelt är det inte. Man måste också veta om H ändras med tiden, och det är modellberoende. Nu pekar två oberoende metoder (baserade på supernovor och den kosmiska mikrovågsstrålnigen) på att expansionen ökar med tiden, och det ger ett högre värde på universums ålder.

Det är inte möjligt här att presentera de fullständiga beräkningarna. Det har skrivits hundratals hyllmeter om saken, men sajterna Chandra will target the age of the Universe och Age of the Universe ger mera information.

Hubbles lag

Edwin Hubble upptäckte i slutet på 1920-talet att galaxerna uppvisade rödförskjutning - ju längre bort galaxen var desto större var rödförskjutningen. Hubble tolkade rödförskjutningen som en rörelse bort från oss (med hastigheten v, se länk 1) och fann en proportionalitet

v = H*d

där d är galaxens avstånd, se nedanstående figur, och H är en konstant, hubblekonstanten. Den rimliga tolkningen av denna observation var att universum expanderar och att universum från början var mycket litet. Detta var början av vad som i dag är den kosmologiska standardmodellen, big bang teorin. Den förste som föreslog att universum börjande som en "uratom" var Georges Lemaître.

Bilden är från Indiana University, länk 2. Se vidare Edwin_Hubble , Hubble's_law , Big_bang och Georges_Lemaitre .

Ett par kommentarer om Hubbles lag

Man kan förstå ett par viktiga aspekter på universums expansion med ett enkelt experiment.

Tag en vanlig, rund ballong och måla små prickar på den med en märkpenna. Prickarna skall representera galaxer. Blås upp ballongen lite grann. Mät avståndet mellan två närliggande prickar och två lite längre från varandra. Rita in förbindelselinjerna mellan de uppmätta prickarna. Låt oss säga det mindre avståndet är 1 cm och det större 3 cm. Blås nu upp ballongen så det mindre avståndet är 2 cm. Vad är då det större avståndet? Det bör vara c:a 6 cm. Om expansionen tog t sekunder så är hastighetena 1/t och 3/t. Vi har alltså att expansionshastigheten är proportionell mot det urspungliga avståndet, vilket är Hubbles lag.

Föreställ dig att du sitter på en prick (galax) på ytan av ballongen. Alla andra prickar rör sig bort från dig med en hastighet som alltså ökar med avståndet. Kan du därav dra slutsatsen att du sitter i centrum? Nej, det kan du inte eftersom du gör precis samma observation från alla prickar på ballongytan. Ytan på en ballong har ju inget centrum! Det är samma sak med universums expansion - vår observation betyder inte att vi befinner oss i universums centrum, något som dessutom är ett omöjligt begrepp för ett oändligt universum.

Förenklad beräkning av universums ålder från H

Om vi antar att hubblekonstanten är H=72 km/s/Mparsek kan vi få en uppskattning av universums ålder som tiden = sträckan/hastigheten = d/v = 1/H. (Lägg märke till att dimensionen av 1/H är tid eftersom det finns längd både i nämnare och täljare.) Vi måste först emellertid konvertera Mparsek till km:

1 ljusår = 3*10⁵[c i km/s]*365.24*24*60*60 = 9.47*10¹² km

1 parsek = 3.26 ljusår

1 Mparsek = 3.26*10⁶*9.47*10¹² km = 30.8*10¹⁸ km

Universums ålder 1/H blir då

(30.8*10¹⁸ km)/(72 km/s) = 0.428*10¹⁸ s = 0.428*10¹⁸/(60*60*24*365.24) år = 14*10⁹ år

I verkligheten är expansionshastigheten inte konstant så man använder sig av lite mer sofistikerade kosmologiska modeller, se fråga 11987 och 18686 .

Nyckelord: kosmologi [33]; universums expansion [16]; big bang [37];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/relativ/reldop2.html#c1
2 http://www.indiana.edu/~geol105/images/gaia_chapter_1/edwin_hubble.htm