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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

时间:2021/12/29 14:07:13 点击:

  核心提示: 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...

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。

作者:不详 来源:网络
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