为什么夜晚的天空是黑色的?事实背后隐藏着绝望

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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