对宇宙大小,时间长短的问题如何回答

宇宙概括】
宇宙是万物的总称,是时间和空间的统一.宇宙是物质世界,不依赖于人的意志而客观存在,并处于不断运动和发展中,在时间上没有开始没有结束,在空间上没有边界没有尽头.宇宙是多样又统一的；多样在物质表现状态的多样性；统一在于其物质性.
宇宙年龄】
宇宙年龄定义
宇宙年龄（universe,age of）宇宙从某个特定时刻到现在的时间间隔.对于某些宇宙模型,如牛顿宇宙模型、等级模型、稳恒态模型等,宇宙年龄没有意义.在通常的演化的宇宙模型里,宇宙年龄指宇宙标度因子为零起到现在时刻的时间间隔.通常,哈勃年龄是宇宙年龄的上限,可以作为宇宙年龄的某种度量.根据大爆炸宇宙模型推算,宇宙年龄大约200亿年.
年龄推算
宇宙年龄为一百二十五亿年
科学家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一千一百二十五亿年.科学家对宇宙(Universe)的年龄有不同的估计,根据不同的宇宙学模型(cosmologicalmodels),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(EuropeanSouthernObservatory)的望远镜,观察一颗称CS31082-001的星球,量度星球上放射性(radioactive)同位素(isotope)铀-238(Uranium-238)的光谱(spectrum),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(SolarSystem)以外铀含量的研究.
科学家解释说,这个方法和在考古学(archaeology)上使用碳-14(Carbon-14)同位素量度物质的年龄一样,铀-238同位素的半衰期(half-life)是四十四亿五千万年；半衰期是放射性元素(element)自动蜕变成为其他元素,至它本身剩下一半时所需要的时间.
科学家指出,在宇宙开始时,大爆炸(BigBang)会产生氢(hydrogen)、氦(helium)和锂(lithium)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,然后和下一代个的星球结合；其实,地球上黄金(gold)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(Sun)的二百分之一.科学家曾经尝试利用钍-232(Thorium-232)同位素来估计宇宙的年龄,钍是一种放射性金属元素,与中子(neutron)接触时会引起核分裂,产生原子能源(atomicenergy),不过,钍的半衰期是一百四十亿五百万年,半衰期比较铀-238长,因此,估计的误差也比较大.
【宇宙的不断膨胀】
科学家认为它起源为137亿年前之间的一次难以置信的大爆炸.这是一次不可想像的能量大爆炸,宇宙边缘的光到达地球要花120亿年到150亿年的时间.大爆炸散发的物质在太空中漂游,由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的,我们的太阳就是这无数恒星中的一颗.原本人们想象宇宙会因引力而不在膨胀,但是,科学家已发现宇宙中有一种 “暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀.
大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争,爆炸产生的动力是一种斥力,它使宇宙中的天体不断远离；天体间又存在万有引力,它会阻止天体远离,甚至力图使其互相靠近.引力的大小与天体的质量有关,因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀,还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小,这完全取决于宇宙中物质密度的大小.
理论上存在某种临界密度.如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度,宇宙就会一直膨胀下去,称为开宇宙；要是物质的平均密度大于临界密度,膨胀过程迟早会停下来,并随之出现收缩,称为闭宇宙.
问题似乎变得很简单,但实则不然.理论计算得出的临界密度为5×10^-30克/厘米3.但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了.星系间存在广袤的星系间空间,如果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间,那么,平均密度就只有2×10^-31克/厘米3,远远低于上述临界密度.
然而,种种证据表明,宇宙中还存在着尚未观测到的所谓的暗物质,其数量可能远超过可见物质,这给平均密度的测定带来了很大的不确定因素.因此,宇宙的平均密度是否真的小于临界密度仍是一个有争议的问题.不过,就目前来看,开宇宙的可能性大一些.
恒星演化到晚期,会把一部分物质（气体）抛入星际空间,而这些气体又可用来形成下一代恒星.这一过程会使气体越耗越少,以致最后再没有新的恒星可以形成.10^14年后,所有恒星都会失去光辉,宇宙也就变暗.同时,恒星还会因相互作用不断从星系逸出,星系则因损失能量而收缩,结果使中心部分生成黑洞,并通过吞食经过其附近的恒星而长大.
10^17～10^18年后,对于一个星系来说只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星,这时,组成恒星的质子不再稳定.当宇宙到10^24岁时,质子开始衰变为光子和各种轻子.10^32岁时,这个衰变过程进行完毕,宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞.
10^100年后,通过蒸发作用,有能量的粒子会从巨大的黑洞中逸出,并最终完全消失,宇宙将归于一片黑暗.这也许就是开宇宙末日到来时的景象,但它仍然在不断地、缓慢地膨胀着.
闭宇宙的结局又会怎样呢?闭宇宙中,膨胀过程结束时间的早晚取决于宇宙平均密度的大小.如果假设平均密度是临界密度的2倍,那么根据一种简单的理论模型,经过400～500亿年后,当宇宙半径扩大到目前的2倍左右时,引力开始占上风,膨胀即告停止,而接下来宇宙便开始收缩.
以后的情况差不多就像一部宇宙影片放映结束后再倒放一样,大爆炸后宇宙中所发生的一切重大变化将会反演.收缩几百亿年后,宇宙的平均密度又大致回到目前的状态,不过,原来星系远离地球的退行运动将代之以向地球接近的运动.再过几十亿年,宇宙背景辐射会上升到400开,并继续上升,于是,宇宙变得非常炽热而又稠密,收缩也越来越快.
在坍缩过程中,星系会彼此并合,恒星间碰撞频繁.一旦宇宙温度上升到4000开,电子就从原子中游离出来；温度达到几百万度时,所有中子和质子从原子核中挣脱出来.很快,宇宙进入“大暴缩”阶段,一切物质和辐射极其迅速地被吞进一个密度无限高、空间无限小的区域,回复到大爆炸发生时的状态