為什麼晚上滿天星斗,夜空是黑的?20萬億顆恒星都無法照亮地球

天空之城 2020/10/14 檢舉 我要评论

你看著天空,或者一張太空照片時,最讓你震撼的是什麼?答案可能是滿天星斗,但事實上,還有一件事也會以同樣的方式讓你感到奇怪,那就是黑暗的夜空。

你有沒有想過為什麼夜晚的天空是黑暗的?

這似乎是一個愚蠢的問題,但實際上,答案並不像它看起來那麼淺顯,它告訴了我們宇宙中一些重要的事情,現在讓我們一起試著找出答案吧。

試著想像一下,你在一個樹木環繞的森林裡,同時也想像著樹之間的空地。現在假設你增加了樹的數量,你會看到樹和樹之間的空隙越來越少。如果樹的數量是無限的,你就看不到樹與樹之間的空隙,而是被四面八方的樹木完全包圍著。

離你最近的樹看起來會更大,而遠處的樹看起來會更小,但總的結果是,所有的景觀都應該完全由樹組成。

這個關於無限森林和無盡樹木的例子應該可以幫助我們理解,如果宇宙是無限的,並且包含了無數的恒星,那麼我們應該會看到什麼。在這種情況下,所有的空間(也包括夜空)都應該像恒星的表面一樣發光。

現在,讓我們試著去理解為什麼。

如果宇宙中有無數的恒星,並且它們在空間中均勻分佈,那麼無論你朝哪個方向看,你都應該能看到一顆恒星。很明顯,離我們越近的恒星發出的光越多,而離我們越遠的恒星發出的光就越少。但這一事實被另一個事實所彌補,或者說在同一個空間區域看得越遠,則恒星發出的光會越來越多。

光源的亮度會隨著距離的增加而降低,而恒星的數量會隨著距離的增加而增多。同一區域內的恒星越來越多,因此亮度的降低和恒星數量的增加是完全平衡的。

最終的結果應該是整個夜空閃爍著光芒,就像恒星的表面那樣。這個事實在被發現時就考慮到了,並開始引起天文學家們的疑惑。

在1600年,開普勒發現了這個問題之後,德國天文學家奧爾伯斯在他的一篇作品中發表了觀點,這就是為什麼今天經常討論夜空黑暗的問題,被稱為奧爾伯斯悖論。

但為什麼這是一個悖論?因為我們看到的並不是像恒星表面一樣明亮的夜空,而是黑暗的夜空,所以我們必須解釋為什麼會這樣。

有幾種可能,一種可能是宇宙中沒有無數的恒星,這是過去的天文學家們所接受的。但這似乎有點奇怪,因為如果你想像宇宙中有無數的恒星,這不僅意味著宇宙中有一個特定的點、或者說恒星分佈的中心,這與尼古拉斯·哥白尼的觀點相反,而且還有另一個問題,事實上假設給有限的恒星分配一個數目,它遲早會不穩定。

這個數目有限的恒星最終會坍縮成中子,這就是為什麼過去的天文學家,在瞭解愛因斯坦的廣義相對論之前,寧願選擇一個無限的宇宙,也不願選擇一個包含無數恒星的無限空間。但這件事也與看到的黑暗夜空相矛盾。

另一種可能性是,宇宙不一定總是存在的,這種可能性讓我們更接近今天認為正確的答案。這個觀點基本上是說,如果宇宙並不總是存在,(所以有無窮多多恒星也不總是存在的),那麼這些恒星中的一些實際上離我們很遙遠,以至於光還沒有到達我們這裡。

如果恒星並不總是一直存在,但它們會在某個特定的時代會發光,那假設我們看得足夠遠,我們就會看到那些恒星還沒有發光的空間。

就像之前說提到的,它讓我們更接近解決奧爾伯斯悖論的方法,而奇怪的是,這個想法第一次被揭露出來,並不是在天體物理學家的作品中,而是在作家愛德格·愛倫·坡的作品中,愛倫·坡在1848年,他離去前不久發表了他的文章,他在文章中寫道解決黑暗天空悖論的可能方法是宇宙和恒星,它們並不是永遠存在的。

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