為什麼夜空是黑暗的，而不是充滿星光？

奧爾伯斯悖論

1823年，德國天文學家海因里希·威廉·奧爾伯斯（Heinrich Wilhelm Olbers）提出了一個著名的觀點：如果宇宙是無限、均勻和靜態的，同時無限的宇宙中有無限多顆恆星，那麼從地球向任意角度看，夜空都會被恆星填滿，夜空不應該是黑暗的，它應該與恆星表面一樣亮。這與我們觀測到黑暗星空的事實相悖。奧爾伯斯的觀點被稱為「奧爾伯斯悖論」，又稱「黑暗夜空悖論」。

為了讓描述更加直觀，我們引入下面這張動畫：

在這幅描繪無限而均勻的天空的動畫中，每一幀都顯示出越來越遠的星星，距離越遠的星星填補了視野中距離較近的星星之間的空白。最終，整個圖像就變得像一顆星星一樣明亮。

事實上，我們在地面肉眼看到的夜空是這樣：儘管滿天星光，但總體上看它是黑暗的，星與星之間有大片的空間，我們看不見這些空間里有恆星的光芒。

（高原天文台的星空）

奧爾伯斯悖論認為，由於夜空黑暗，因此「無限」、「均勻」和「靜態」這三個關於宇宙本質的假設中至少有一個是錯誤的。

奧爾伯斯悖論在提出之後被「宇宙大爆炸理論」所利用。大爆炸模型中紅移的假設本身就能解釋夜空的黑暗：宇宙的膨脹導致來自遙遠恆星和類星體的光發生紅移，更加遙遠的星系正以光速甚至超光速離開我們，因此來自天空的總光通量仍然是有限的。我們看不見可視宇宙之外的星球，因為它們的光不會快於光速，所以無法到達地球。而在可視宇宙的範圍內，恆星的數量是有限的，它們不能填滿夜空。

對悖論的解釋

奧爾伯斯「黑暗夜空悖論」的提出，挑戰的是穩態宇宙的設想。穩態宇宙設想發端於公元13世紀，其支持者認為宇宙沒有開始也不會有結束，宇宙是無限的。儘管宇宙可能存在膨脹，但它不會隨著時間的推移而改變外觀，宇宙中的物質在大尺度上是相對均勻散布的。

宇宙是有限的嗎？

如果宇宙是有限的，或者宇宙中的恆星數量是有限的，那麼黑暗夜空的現象就很容易解釋：因為有限的光點無法填滿無限的夜空。

（夜空中的銀河局部）

問題是，我們肉眼所見的星空真的是宇宙的全部嗎？很顯然並不是。即使你擁有極好的視力，在一個視線極佳的夜晚仰望星空，你所能看到的99%以上都只是銀河系內部的星星。銀河系裡的恆星數量多達4000億顆，它的厚度超過1000光年，直徑更是達到了20萬光年。天文學家們說在地球上只能看到8749顆銀河系的恆星，任一時刻我們用肉眼可以分辨的恆星不超過2500顆，那是因為大氣層遮擋了絕大多數的星光。即便是身處銀河系如此密集的恆星群之中，我們的視野依然沒有被星光填滿，事實上我們的太陽系只不過是埋沒在浩瀚銀河中一個微不足道的小點而已！

（銀河系想像圖，太陽系只是其中極微小的一點）

銀河系內大量的星雲與塵埃阻擋了光學望遠鏡的視線，在更先進的射電望遠鏡面前卻是透明的。今天的科學家可以利用超大型紅外線和X射線望遠鏡來掃描星空，解開厚重星塵背後的秘密，他們甚至能夠捕捉銀河系中心射手座A*黑洞以及圍繞在這個黑洞周圍高速運轉的恆星軌跡。這一切對於200年前只能使用幾英寸口徑單筒望遠鏡的奧爾伯斯來說完全是不可想像的事情。

（銀河系中心黑洞射手座A*以及圍繞其運行的恆星軌跡模擬）

宇宙無限，人類所能看到的宇宙卻總是有限的，因為我們被太多東西遮住了眼睛。

宇宙是均勻的嗎？

從目前對宇宙的觀測結果來看，在可觀測宇宙的大範圍內，星系的分布是相對均勻的。這符合穩態學說對於宇宙中物質的描述。將哈勃太空望遠鏡對準太空的某一個區域，可以得到下面這張星空的照片：

（哈勃星空照片）

而當科學家將哈勃對準這一片星空的一片極小的「空白」區域進行長達數星期的「凝視」後，就發現原來在那個我們以為空無一物的黑暗區域深處，還有數以萬計龐大星系發出的光芒！

大爆炸理論認為宇宙正在快速膨脹，它的直徑約為910億光年，同樣地，大爆炸理論也認為在可觀測宇宙的範圍內，星系物質的分布是均勻的。

（宇宙微波背景輻射被認為是大爆炸留下的餘輝，它在太空中是均勻照亮的）

宇宙是靜態的嗎？

這可能是穩態宇宙學說最致命的弱點，因為它認為宇宙相對平靜，但到目前為止所有對遙遠星體的觀測結果卻直指它的反面：哈勃在利用大口徑太空望遠鏡測量大量星系的光譜，發現它們多多少少都存在著紅移，並且距離越遠的星體紅移幅度越大。這意味著所有的星系正在散開，有些遙遠星系離開的速度甚至有可能超過光速，這也是科學家們計算的宇宙年齡與它的理論直徑不相符的重要原因。因此宇宙大爆炸學說的支持者們認為宇宙不是靜態的，它正在急速膨脹，連愛因斯坦都很明智地放棄了自己穩態宇宙的觀點，轉而支持哈勃的大爆炸設想。

（愛因斯坦應哈勃邀請參觀威爾遜山天文台，後放棄穩態宇宙觀點）

總結：為什麼我們能看到的星星很少？

一、「宇宙大爆炸理論」告訴我們有許多星星正在超光速地遠去，它們的光永遠到不了地球。

二、太空並不如我們想像的那樣空曠、純凈與透明。我們地球的上方有稠密的大氣層，它可以阻擋絕大多數的星光；在距離我們更遠的銀河系，還有許多塵埃和星雲，它們也可以阻隔相當多的星光；而在銀河系外的廣闊空間里依然充斥著許多氣體、塵埃和分子顆粒。太空並不全是理想的真空，事實上宇宙中根本就不存在理想真空。

（星際間存在大量氣體物質，它們阻隔了可見光）

三、太空中有許多大質量的天體，它們可以彎曲、阻擋和吸收光線，無數個大大小小的黑洞在太空中遊盪，它們像吸塵器一般吞噬光線。如果它們周圍沒有吸積物，我們根本就不知道它們在那兒。

四、200年前的天文學家只有極其簡陋的光學望遠鏡，他們看不見太空中的微波輻射、紅外線、紫外線及X射線。即便是今天最先進的哈勃空間望遠鏡都無法洞察一切，科學家們還需要藉助幾百米口徑的射電望甚至用多台射電望遠鏡組成陣列來探測太空，這對於奧爾伯斯是不可想像的。

（1818年辛辛那提天文台最先進望遠鏡與牛頓天文望遠鏡）

五、科學家們認為宇宙中有多達95%的質量屬於暗能量和暗物質，只有5%屬於普通物質。在大尺度的宇宙空間里，暗能量與暗物質對電磁波的作用還需要科學家們進一步探索。

「奧爾伯斯悖論」的提出建立在200年前天文學家們對宇宙有限觀測以及有限認知的基礎之上，在今天看來，黑暗的夜空已經有很多科學解釋。儘管宇宙是有限或是無限、是整體爆炸或是部分振蕩的爭論還在繼續，相信隨著科學理論與技術的發展，我們定能找到更多宇宙的真相，科學將越來越接近真理，悖論也將一個接一個被解開。

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