夜空为啥是黑色的?科学家:这个问题背后,隐藏着宇宙的秘密



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当我们在城市晴朗的夜晚仰望星空时 , 漫天的繁星也许可以让我们短暂地忘掉现实的烦恼 , 将自己置身于无垠的宇宙 , 思考许多关于人生的宏大命题 。

但由于城市的光污染越来越严重 , 你可能已经很久没有见过璀璨的银河了 。
我们都知道 , 在我们头顶的天空上有多达数十亿颗会发光的恒星 , 按照常理来讲 , 这么多星星应该布满了夜空的每一个点 , 填满了整片的夜空 , 它们可以把黑夜照得像白天一样亮 。

但是为什么即使在没有光污染甚至人迹罕至的郊区 , 我们所看到的星星也无法照亮黑夜呢?
难道是有一块黑色的幕布遮住了它们吗?
德国天文学家奥伯斯在1823年就提出了这个疑问 , 并且在1826年完善为奥伯斯佯谬 , 又称为夜黑佯谬或光度佯谬 。

它的详细阐述为:假设我们的宇宙是处于静止状态 , 也就是稳恒态 , 并且宇宙是无限大的 , 时空也是平直的 , 有无数个均匀分布在各处的发光星体 。 虽然这些发光星体的亮度和距离的平方成反比 , 也就是离我们越远的星星亮度就会越暗一些 。

但是在一定距离上 , 这些发光星体的数量也应该和距离远近成正比 , 这样一来虽然遥远的星星暗了一些 , 但我们能看到更多的星星 , 黑夜的天空应当是无限亮的 。

奥伯斯自己首先试图对这个奇怪的现象进行一个合理的解释 。 他以太阳为突破口 , 认为太阳离我们够近了吧 , 但它的光线在照到地球上时依然有不小的损耗 , 而更遥远的恒星光线在传播过程中 , 会受到宇宙空间内诸如尘埃云、行星带等的阻挡 。 这就导致在漫长的距离中 , 最后能直接到达地球的光线已经很弱了 。

但这样的理论并不能站得住脚 , 因为虽然光线在路途中会被损耗 , 被尘埃云和行星吸收光线 , 但热力学第一定律告诉我们 , 能量是不会凭空消失的 。

物质在吸收光线的同时也在吸收着光线中的能量 , 自身的温度会上升 , 然后把光线重新发射出来 , 其次光在宇宙中会被散射 , 但光所辐射的能量基本是没有亏损的 , 虽然直接到达地球的光线减少了 。

但光在散射时会增强背景的光亮 , 即使星星暗淡了 , 天空的背景也应该是亮的 。 所以用光的散射和折射来解释奥伯斯的佯谬显然是失败的 。
究竟是哪里出了问题 , 导致理想模型中的天空和我们实际看到的不一样?

重新关注回奥伯斯佯谬本身 , 它具有三个必要的前提条件:
首先宇宙的静止的
其次宇宙在空间是无限大的
最后恒星是均匀分布在宇宙中的

但首先第一个条件就不存在 , 因为20世纪20年代美国天文学家哈勃发现了宇宙膨胀现象 , 彻底打破了以往的稳恒态宇宙模型 , 将宇宙学引入了大爆炸时代 。
宇宙大爆炸理论认为宇宙在遥远的过去处于奇点状态 , 并且在大爆炸发生后也不是无限大 , 而是一个超光速膨胀的空间 , 因此第二个条件也不存在了 。

在前两个条件都不存在的情况下 , 考虑到光在宇宙中只能以每秒30万公里的速度飞行 , 所以遥远恒星发出的光很有可能还没飞到地球 , 如果再考虑到宇宙本身的超光速膨胀的话 , 宇宙中相当一部分恒星发出的光 , 是永远无法到达地球的 。

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