我们仰望星空时,为什么看到的整个宇宙是黑的?
首先我想说的是,对于我们普通人来说,这是一个看似简单的问题,但对于一些科学家来说,这是一个令人匪夷所思的问题,至少以前是这样。假设宇宙是稳态的、无限的,恒星是均匀分布的,那么宇宙中有无限多的发光物体,理论上足以把夜空照得比上面的亮得多。相反,我们看到的夜空如下图所示,除了较亮的星星外,几乎是一片黑暗。第一次提出天空为什么总是黑暗的人可以追溯到1576年,英国人托马斯-迪格斯(Thomas Digges)在他父亲写的一本书《PrognosticationEuerlastinge》中提到了这个问题。是德国天文学家奥伯斯在1823年提出并撰写了一篇宇宙学论文。
这就是所谓的奥伯斯悖论,它指出,如果宇宙是稳定的、无限平坦的,那么许多恒星的分布会非常均匀,每颗恒星的光线会在同一时间到达地球,我们的夜空看起来会很明亮。但是我们今天在夜空中看到的情况正好相反,这就产生了一个悖论。当时,许多人对这个简单的问题没有给予足够的重视,不知道这些科学家在谈论什么,为什么他们会谈论这个问题。直到20世纪50年代左右,我们才有了一个完美的答案,而在此之前,对这一现象有许多解释,但都被否定了。
例如,Oberth本人解释说,来自恒星的光线从未到达地球,因为它被遥远的宇宙尘埃粒子阻挡或吸收了。但是他的解释违背了热力学第一定律,该定律指出能量必须是守恒的,所以被吸收的光线传输到尘埃中必须向所有方向辐射光子。第一个提出正确解释的人是埃德加-爱伦-坡,令我们惊讶的是,他不属于所谓的天文学家阶层,而是一个浪漫的美国诗人。在他1848年的散文诗《尤里卡》中,他认为我们看到夜空的黑暗背景的主要原因是一些看不见的星星离我们太远,它们的光线无法到达我们。
在20世纪,我们终于得到了一个相当好的答案,那就是宇宙太年轻了,而且正在膨胀。现在我们看到了一种叫做 "红移 "的现象,几乎所有远处的东西都在远离地球。所以我们需要知道的是,来自遥远的恒星的光的波长被拉得很长,以至于相应的光的能量变得很弱,所以很多来自遥远的恒星的光到达我们这里的时候是很弱的,我们几乎看不到它。这里最重要的是,光的传播速度是有限制的,宇宙中的恒星太少,无法照亮整个宇宙。
2022-02-04