天文科普:夜空為何是黑暗的?因為恒星之間有空隙嗎?
發布時間:2022-03-22
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此前,天文學家曾宣布在銀河係發現首個(ge) 流浪黑洞,它距離地球隻有大約 5000 光年。研究報告於(yu) 1 月 31 日發表,尚未通過同行審議。

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對於(yu) 宇宙,每一個(ge) 新發現都讓我們(men) 興(xing) 奮,每一個(ge) 宇宙謎題都讓我們(men) 好奇。

例如,每當我們(men) 走出家門、仰望夜空,我們(men) 就能聯想到整個(ge) 科學史上最為(wei) 深刻的問題之一 :夜空為(wei) 何是黑暗的?這是因為(wei) 恒星之間存在空隙嗎?

然而,倘若宇宙一直延伸到了無窮遠處且其中綴滿恒星,那麽(me) 向太空望去的每一條“視線”皆會(hui) 落在一顆恒星上,而天空中的每處皆會(hui) 閃耀著炫目的光芒。由此可知,我們(men) 所處的宇宙不可能同時既是無限又是均勻的。

奧伯斯佯謬與(yu) 宇宙的邊界

夜空黑暗之謎通常被稱為(wei) “奧伯斯佯謬”(Olbers paradox),這一概念由 19 世紀德國天文學家海因裏希·奧伯斯(Heinrich Olbers)傳(chuan) 播並普及。

不過,奧伯斯並非第一個(ge) 思考這一謎題的人,而且這也算不上一個(ge) 真正的悖論。直觀理解這一謎題的最簡單方法,是想象自己站在一大片森林裏。無論往哪個(ge) 方向望去,我們(men) 都會(hui) 看到一棵樹。然而,倘若我們(men) 身處的隻是一個(ge) 小樹林,我們(men) 的視線或許便能透過樹木之間的空隙一直看到樹林的邊緣。

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同理,倘若我們(men) 身處一個(ge) 無限的宇宙中,那麽(me) 無論往哪個(ge) 方向望去,我們(men) 都會(hui) 看到一顆恒星。奧伯斯與(yu) 其他學者的觀點認為(wei) ,我們(men) 能透過恒星之間的空隙向外看去這一點,似乎便意味著宇宙必然存在所謂的“邊界”,而邊界之外隻有黑暗、虛無的空間,不複有任何恒星存在。即便用星係而不是恒星這一點來思考這一問題,這一推理過程依然是有效的。

在時間上回溯

第一個(ge) 意識到事實可能並非如此的人是美國文學家埃德加·愛倫(lun) ·坡(Edgar Allan Poe)。

愛倫(lun) ·坡在文學活動之餘(yu) ,也是一名熱忱的業(ye) 餘(yu) 科學家。在1848 年 2 月發表的演講中,他闡述了解決(jue) 奧伯斯佯謬的正確方法。不過他在一年之後便去世了,彼時他的觀點並未被其他科學家接納。

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埃德加·愛倫(lun) ·坡,第一個(ge) 正確認識夜空黑暗之原因的人

愛倫(lun) ·坡指出,在向著宇宙更深處遙望時,我們(men) 其實是在時間上向著更早的時期回溯,因為(wei) 光在太空中穿行需要一定的時間。當我們(men) 的視線穿過恒星之間的空隙看向黑暗的夜空時,我們(men) 事實上是在回看宇宙中尚未有恒星誕生的階段。

用愛倫(lun) ·坡的話來說,我們(men) 望向的地方距離我們(men) “如此遙遠,尚未有任何來自彼處的光線能夠到達我們(men) 身邊”。

時間的邊界

這一概念隻需稍作修正便能與(yu) 大爆炸的概念相契合。此處的重點在於(yu) 宇宙的年齡是有限的,盡管宇宙在空間上似乎並無邊界,但它在時間上卻有一個(ge) “邊界”(大爆炸)。透過恒星與(yu) 星係之間的空隙向外遙望時,我們(men) 是在真正意義(yi) 上回看遠在星係形成之前的一段時間。然而現代儀(yi) 器揭示,夜空並不是完全黑暗的。

我們(men) 在夜空中“看到”的是源於(yu) 大爆炸“火球”的宇宙微波背景輻射。它曾經如恒星表麵一般熾熱,但由於(yu) 宇宙的膨脹而發生了紅移,如今它的溫度僅(jin) 有 2.735開爾文。夜空的黑暗是一種證據,可以證明宇宙誕生於(yu) 某個(ge) 具體(ti) 的時間點。

人類用自己的肉眼便能“看到”支撐大爆炸模型的證據,或者不妨說,在有些方向上“看不到”恒星這一點才是證據。

關(guan) 於(yu) 宇宙還有很多謎題等待科學家們(men) 去解答。

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