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夜晚为什么是黑色的？天文学家：因为我们的宇宙在超光速膨胀

发布者：天冰天降 2023-11-21 11:42

当我们在城市晴朗的夜晚仰望星空时，漫天的繁星也许可以让我们短暂地忘掉现实的烦恼，将自己置身于无垠的宇宙，思考许多关于人生的宏大命题。

但由于城市的光污染越来越严重，你可能已经很久没有见过璀璨的银河了。

我们都知道，在我们头顶的天空上有多达数十亿颗会发光的恒星，按照常理来讲，这么多星星应该布满了夜空的每一个点，填满了整片的夜空，它们可以把黑夜照得像白天一样亮。

但是为什么即使在没有光污染甚至人迹罕至的郊区，我们所看到的星星也无法照亮黑夜呢？

难道是有一块黑色的幕布遮住了它们吗？

德国天文学家奥伯斯在1823年就提出了这个疑问，并且在1826年完善为奥伯斯佯谬，又称为夜黑佯谬或光度佯谬。

它的详细阐述为：假设我们的宇宙是处于静止状态，也就是稳恒态，并且宇宙是无限大的，时空也是平直的，有无数个均匀分布在各处的发光星体。虽然这些发光星体的亮度和距离的平方成反比，也就是离我们越远的星星亮度就会越暗一些。

但是在一定距离上，这些发光星体的数量也应该和距离远近成正比，这样一来虽然遥远的星星暗了一些，但我们能看到更多的星星，黑夜的天空应当是无限亮的。

奥伯斯自己首先试图对这个奇怪的现象进行一个合理的解释。他以太阳为突破口，认为太阳离我们够近了吧，但它的光线在照到地球上时依然有不小的损耗，而更遥远的恒星光线在传播过程中，会受到宇宙空间内诸如尘埃云、行星带等的阻挡。这就导致在漫长的距离中，最后能直接到达地球的光线已经很弱了。

但这样的理论并不能站得住脚，因为虽然光线在路途中会被损耗，被尘埃云和行星吸收光线，但热力学第一定律告诉我们，能量是不会凭空消失的。

物质在吸收光线的同时也在吸收着光线中的能量，自身的温度会上升，然后把光线重新发射出来，其次光在宇宙中会被散射，但光所辐射的能量基本是没有亏损的，虽然直接到达地球的光线减少了。

但光在散射时会增强背景的光亮，即使星星暗淡了，天空的背景也应该是亮的。所以用光的散射和折射来解释奥伯斯的佯谬显然是失败的。

究竟是哪里出了问题，导致理想模型中的天空和我们实际看到的不一样？

重新关注回奥伯斯佯谬本身，它具有三个必要的前提条件：

首先宇宙的静止的

其次宇宙在空间是无限大的

最后恒星是均匀分布在宇宙中的

但首先第一个条件就不存在，因为20世纪20年代美国天文学家哈勃发现了宇宙膨胀现象，彻底打破了以往的稳恒态宇宙模型，将宇宙学引入了大爆炸时代。

宇宙大爆炸理论认为宇宙在遥远的过去处于奇点状态，并且在大爆炸发生后也不是无限大，而是一个超光速膨胀的空间，因此第二个条件也不存在了。

在前两个条件都不存在的情况下，考虑到光在宇宙中只能以每秒30万公里的速度飞行，所以遥远恒星发出的光很有可能还没飞到地球，如果再考虑到宇宙本身的超光速膨胀的话，宇宙中相当一部分恒星发出的光，是永远无法到达地球的。

最重要的一点，恒星在远离我们时，可见光波段的光谱谱线会向红端移动一段距离，越遥远的星系移动的速度越快，以至于有些光已经红移到微波的波长。

而微波是人眼看不见的，变成了宇宙微波背景辐射，因此地球夜空才会以黑色为主，而如果人眼能看到微波的话，地球夜空将无比璀璨。

总而言之

我们之所以看不到星星照耀整片夜空，并不是有什么黑色的幕布遮住了它，而是宇宙不断膨胀导致的结果。

我们在看繁星时也在回溯着宇宙的过去，一束跨越宇宙到达眼中的星光，可能在它出发时，地球还在一片尘埃云中孕育着。

夜晚黑色天文学家

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