夜空为什么是黑的?你以为的“正常”,却隐藏着令人绝望的事实!

火星科普 2022-02-22 23:55:05

作为最靠近地球的恒星,太阳每时每刻都在产生巨大的能量,这给地球带来了源源不断的光和热。但朝向太阳的地球只有一侧,另一侧没被太阳照射到。背对太阳的那一侧被黑暗笼罩,只有暗淡的月光和更加微弱的星光。

黑暗的夜空看起来没有什么特别的,我们早就习惯了。但如果仔细想一想“为什么夜晚的天空是黑暗的?”,这其实是一个细思极恐的问题,远比想象得复杂,背后还隐藏着一个让人绝望的事实。

恒星是宇宙中最主要的光源,它们的核心区域会发生核聚变反应,由此释放出耀眼的光芒。在我们的银河系中,就有至少1000亿颗恒星。但由于大部分恒星离我们非常遥远,它们发出的光经过长途跋涉来到地球时,已经衰减到非常微弱的程度。

因此,我们肉眼所能看到的恒星数量并不多,全天估计只有大约7500颗,它们大都在太阳系附近,距离基本上在1000光年之内。要知道,银河系的直径有18万光年。

试想一下,倘若宇宙真的是无边无际,宇宙中的恒星有无数颗,就算那些遥远的恒星都暗到看不到,但无数恒星发出的光可以汇聚到一起,夜空应该要被照亮才对,星星之间不应该还有黑暗的区域。

有些人可能会想,宇宙中分布着很多星际尘埃,它们会阻挡星光到达地球。但这些星际尘埃吸收了足够多的星光之后,总有一天能够发光发热,这样它们仍然可以照亮地球夜空。

然而,我们在现实中看到的天空是漆黑的。这就是著名的奥伯斯佯谬,由天文学家海因里希·奥伯斯(Heinrich Olbers)在1823年第一次提出来。那么,该如何解释这个问题呢?

长久以来,天文学家通过观测发现,除了少数几个太阳系天体之外,天上的星辰不会随时间流逝而发生变化。在天文望远镜问世之后,天文学家可以观测到更为深邃的宇宙,在天空的每一部分都发现了越来越多的恒星和星系。

这一切都在暗示,时间存在了无限久,宇宙是稳恒态的,并且宇宙是无限大的。但如果宇宙真的是这样子,地球夜空就不可能一片漆黑,而是会亮如白昼。

著名物理学家爱因斯坦也认为宇宙是稳恒态的。当时,爱因斯坦用广义相对论来描述宇宙时发现,空间不是在膨胀,就是在坍缩。于是,爱因斯坦在他的理论中引入了宇宙学常数,以符合静态宇宙的设想。

但事实上,静态宇宙无法解释夜空黑暗,爱因斯坦错了。天文学家哈勃的发现证实了这一点,也震撼了科学界。哈勃分析了宇宙中各种星系的光谱,他发现大都出现了红移,这意味着星系大都在远离银河系。而且与银河系相距越远的星系,远离银河系的速度越快,两者呈正相关,这就是著名的哈勃红移定律。

这一定律表明,宇宙空间自身的结构正在膨胀,这无不让天文学家感到不可思议。令人难以置信的是,空间这种看不见摸不着的东西,竟然在不断自我扩张。那么,空间膨胀该如何理解呢?

试想一下,气球表面代表三维空间(气球内外没有任何意义),气球表面上的蚂蚁代表星系。当气球膨胀时,即便上面的蚂蚁原地不动,不同蚂蚁之间的距离也会越变越远。而且距离相隔越远的蚂蚁,单位时间内分开的距离越远,也就是退行速度越快。

如果宇宙空间在随时间不断膨胀,那么,过去的宇宙一定会比现在更小。倘若时间回到过去的某一时候,整个宇宙将会是一个无穷小的奇点,这被认为是宇宙的时间和空间起源。

根据现代宇宙学的计算结果,宇宙的诞生时间在138亿年前。早期宇宙空间很小,物质和能量大量集中在一起,所以那时的宇宙非常热。一直到138亿年后的现在,还有余温残留下来,这就是各向同性的宇宙微波背景辐射,温度约为-270.42 ℃。

回到最初的问题。由于宇宙不是存在了无限久的时间,而且光的传播速度也不是无限快,所以宇宙中还有很多地方的恒星发出的光根本来不及到达地球,我们在地球上所能看到的宇宙范围是有限的。因此,不会有无限多的光来照亮地球夜空。

事实上,宇宙年龄有限还不是最主要的原因,更为重要的原因是一个令人绝望的事实:宇宙空间在超光速膨胀。星系退行速度随距离增加而变快,当距离远到一定程度时,星系远离银河系的速度就会大于光速。根据哈勃常数(70 km/s/Mpc)来推算,这个临界距离大约是140亿光年。

也就是说,目前与银河系相距超过140亿光年的星系,它们发出的光永远也无法赶超空间膨胀的速度,这些光永远也不会到达银河系被我们看到。我们所能看到的宇宙范围其实十分有限,所以地球夜空不会被宇宙的星光照亮。

而且进一步观测表明,空间膨胀速率还在加快,这意味着临界距离会变得越来越短,我们所能看到的宇宙范围变得越来越小。经过足够漫长的时间后,我们所能观测到的河外星系都在本星系群内,而遥远的宇宙空间都会变得一片漆黑。

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评论列表
  • 2022-02-23 05:52

    也就是说,超光速是存在的?

    拉尼亚凯亚C星云18星团室女座地球人 回复:
    你才知道么?
    晓风飞雨生苔钱 回复:
    空首先光速无法超越的完整说法是,只要含信息和能量就无法超越光速。而空间膨胀使星体之间远离速度超越光速并不是星体本身运动速度超越了光速,所以并不是是说光速可以超越
  • 2022-07-11 14:29

    因为距离太远,光线来不到地球,所以看起来是黑夜。

  • 2022-10-06 20:09

    想太多也没毛线用,过好当下才是稳恒态

  • 2022-12-27 20:23

    这没有佯缪,比如很多灯在太远的地方,亮度不够,不但不会看到全亮甚至看不到

  • 2022-12-21 19:46

    宇宙是黑的说明没有边界或者有个吸收反光的外壳!

  • 2022-12-29 22:00

    职业选手禁止参赛

  • 2022-02-23 12:30

    几万一平才绝:

  • 2022-02-23 01:20

    冷寂啊。

    zhdwuc 回复:
    现在称为热寂
  • 2022-02-23 06:39

    那么你有什么好绝望的[得瑟]

  • 2022-02-23 13:41

    实际上科学家们看见的只不过是光阴的变化,是假象,就像观察屏幕上的电影,宇宙只是两级分化,一个是光,一个是暗,光代表热,暗代表冷,不懂就看阴阳八卦!阴阳八卦是宇宙图。

  • 2022-02-28 00:54

    我要飞向宇宙深处

  • 2022-07-27 02:36

    因为只有那么多的可能性,所以需要痛苦刺激痛苦。

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