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夜空為什麼是黑暗的?

一看到這個標題,你一定以為我——不是沉浸在兒童版《十萬個為什麼?》不能自拔,就是已經被科普整成腦殘,問出如此這般連幼稚園的小盆友都會搶答的問題。

但我要說的是,你怎麼看待我並不重要,重要的是,這個問題的答案竟然能夠暗合著名的宇宙大爆炸理論!

這是真的嗎?到底怎麼一回事?

還是回到原點,先來說說「夜空為啥是黑暗的?」

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這不簡單嘛,你會一本正經地解釋:因為地球自轉,形成晝夜交替,夜晚沒有太陽光,當然會變成黑暗世界啦。

我馬上就會反問:可是在月球上,無論有沒有太陽光,阿波羅登月宇航員看到和拍到的天空都是黑的,又該怎麼解釋?

聰明伶俐的你立馬堵住窟窿:因為月球上沒有大氣,而地球上有大氣。白天大氣散射太陽光,才有了白晝,夜晚沒有太陽光可以讓大氣散射,所以天空看起來就是黑暗的。

我步步緊逼:不對吧,夜晚沒有太陽,可還有皎潔的月光和閃耀的星光呢!

你卻不甘示弱:月有陰晴圓缺,跟陰天下雨,都看不到月亮。至於那點星光,不是被霧霾了,就是被光污染了。

再者說,就算跑到地球最乾淨的地方去看星星,最多用肉眼只能看到3000多顆,而絕大多數恆星離我們都太遠了,根本看不到。

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我還是不依不饒:儘管我們可觀測宇宙是有限的,但大宇宙是無限的,擁有的恆星也是無數個,所有恆星的星光加在一起,就應該亮如白晝,不是嗎?

你還是沒有被說服:星光相加的效果的確有,不過——還是不可能亮如白晝。

我步步為營:可是你別忘了,宇宙無限,恆星無數!無窮無盡的星光相加起來就應該亮如白晝。這就像我們跑到原始森林結果迷路了,無論朝哪個方向看,都被樹木包圍了,擋住了視線。

你反問道:那又怎樣?!

我微微一笑:那我們就用數學來說話——

按照這張圖裡給出的現成算式,R表示觀測星空殼層的距離,R表示星空殼層的厚度,N表示恆星分布密度,R宇宙表示宇宙的半徑……

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奧伯斯佯謬的示意圖

如果宇宙是無限的,宇宙半徑也是無窮大,那麼最終得出總亮度也應該無窮大。

這就是說,從地球上每個方向看星空,星光的亮度都趨向無窮大,那麼夜晚就應該亮如白晝。

你也微微一笑,直指星空:不管怎麼算,這個結論就是不符合觀察事實,事實勝於數據和詭辯。

我笑道:這的確是個問題——一個好大的問題。

事實上,這個問題就是科學史上著名的【夜黑佯謬】或者叫【光度佯謬】。

因為是由19世紀德國天文學家奧伯斯提出的,所以又叫【奧伯斯佯謬】。

既然叫佯謬,也就是佯裝這是個謬誤。科學中的佯謬/悖論都是科學家們提出的疑難問題,不斷提出、研究、最終解決佯謬——這就是科學研究的路徑。

有趣的是,最早解釋這個佯謬難題的,不是奧伯斯本人,也不是別的天文學家,而是文壇巨匠愛倫·坡——

一個懷揣著黑暗宇宙觀、度過黑暗人生的人,恰巧解釋了夜黑佯謬。

他在哲理散文詩《我發現了》裡頭這樣解釋:

星若無窮盡,天空將明亮。仰望銀河,君可見背景片片無點狀?夜空暗黑,原因僅此一樁。光行萬里,發於恆星之初創。抵達地球未及時,只因路遙道太長。

按照他的解釋,無數星光之所以沒有把夜空變得亮如白晝,是因為距離太遙遠,星光尚未能到達地球。事實上,這種解釋正好暗合了宇宙大爆炸學說。

根據大爆炸理論,宇宙開始於138億年前的大爆炸,我們現在的觀測範圍最多只能退回到宇宙的嬰兒期,看到大爆炸的餘暉——也就是宇宙微波背景輻射,這是人類用肉眼無法看得見的光。

以太陽係為中心的可觀測宇宙,最外側就是宇宙微波背景輻射——大爆炸的餘暉。

也就是說,宇宙在時間上的有限,也限制了我們的空間觀測範圍,我們的可觀測宇宙並不是無限的,恰恰是有限的。

遙遠星光的紅移效應增強了夜黑效果

另外,宇宙在加速膨脹,產生的紅移效應,也使得所有從遙遠星系飛到地球的光,都在朝著長波、低頻的光波譜線移動。毫無疑問,這種紅移效應增強了夜黑的效果。

當然了,如果人類長著COBE衛星那樣的天眼,能夠看到微波的話,我們所看到的夜空——的確明亮如晝,就不是現在黑暗夜空了。

現在你明白了吧,千萬別把「夜空為什麼是黑暗的?」當成小兒科問題,簡單背後往往都藏有大玄機。

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