为什么夜空是黑的?这个问题听起来似乎简单得不能再简单了。毕竟我们都知道,太阳是地球最主要的光源,当太阳落到地平线下、夜幕降临,自然就没有阳光照进我们的眼睛,夜空也就黑了。但如果你稍微停下来仔细想想,就会发现这个看似理所当然的现象,其实隐藏着一个令人震惊的秘密。为什么在浩瀚的宇宙中,夜空不是被无数星星照亮,而是一片漆黑呢?这个看似简单的疑问,曾经困扰了无数天文学家和哲学家。它甚至被赋予了一个神秘的名字:奥伯斯佯谬。
“奥伯斯佯谬”由德国天文学家海因里希·奥伯斯首次提出,奥伯斯的基本理论是,宇宙是无限广阔的,其中充满了无尽的恒星。根据这一理论,如果把所有恒星的光线聚集在一起,即便单颗恒星的光度较太阳微弱,但无数恒星的光芒照射下来,地球上的夜空应该会明亮如白昼。可现实却是,夜晚的天空大部分时候是黑的,只有点点星光。那么,问题到底出在哪里呢?有人可能会想,是不是因为那些遥远的恒星离我们太远了?它们的光在路上就变弱了,所以到我们眼里时已经“暗淡无光”。听起来有点道理对吧?但实际上,这种解释是站不住脚的。因为有个叫“平方反比定律”的规律,简单来说就是:一颗恒星的光强虽然会随着距离增加而迅速变弱,但你往远处看,每个距离范围内的恒星数量却在增加。这就像你站在足球场中央,离你远的座位虽然看起来小,但座位数却越来越多。算下来,每一圈“壳层”上的星星光芒,最后对你的贡献都差不多。
你把宇宙拆成一层一层的星星壳,每一层都给你送来同样多的光。加起来,地球夜空应该被照得像白天一样才对!所以,这就是“奥伯斯佯谬”里最让人头大的地方:按理说,夜空不该是黑的!那是不是宇宙里有很多“遮光板”,像星际气体、尘埃、黑乎乎的天体,把那些远方恒星的光都挡住了?这个想法貌似靠谱,但它也有致命的漏洞。你想啊,如果这些“遮光板”把星光都拦住了,那光的能量并没有凭空消失,而是变成了这些物质的热量。时间一长,这些被加热的尘埃和气体也会开始发光发热,效果就像你把一块铁块扔进火里,久而久之它也会变红发亮。最终,宇宙还是会被各种“发热体”照得通亮。也就是说,这个“遮光说”其实治标不治本,根本藏不住所有星光。所以,这种解释也不能从根本上消除奥伯斯佯谬。直到20世纪20年代,美国天文学家埃德温·哈勃的一个发现,彻底改变了大家的想法。哈勃通过望远镜观察到,遥远的星系都在远离我们,而且速度还越来越快。
这个现象直接告诉我们:宇宙并不是一成不变、静止不动的,而是一直在膨胀!这可是个颠覆性的发现!它意味着,宇宙就像一个不断吹大的气球,所有的星系都随着气球的膨胀逐渐远离彼此。这一下子就和“奥伯斯佯谬”假设的那个“静态、无限、永恒的宇宙”完全对不上了。不仅如此,哈勃的发现还揭示了宇宙的演化历史。如果我们把时间倒回去,会发现大约在138亿年前,整个宇宙曾经浓缩成一个极其炽热、极其密集的点,也就是所谓的“奇点”。根据大爆炸理论,宇宙的历史就从这里拉开了序幕。一次超级爆炸之后,宇宙开始膨胀、冷却,才有了今天我们看到的星辰大海。而且,宇宙的膨胀带来了另一个意想不到的现象-红移。那什么是红移呢?简单来说就是,随着星系之间的距离变远,它们发出的光也像被拉长的弹簧一样,波长变长、能量变低。离我们越远的星系,红移得越厉害。结果就是很多星星的光在到达地球之前,已经变身成了我们肉眼根本看不见的红外线、微波甚至无线电波。也就是说,原本应该照亮夜空的星光,其实大部分都被“拉扯”进了我们看不见的频段。
更关键的是,宇宙膨胀的速度没有上限。距离我们足够远的星系,它们的退行速度甚至可以超过光速。(别担心,这不违反爱因斯坦的相对论,因为是空间本身在变大,不是星系在“超速飞行”)。一旦这些星系与我们的距离大到某个极限,它们发出的光就再也追不上宇宙膨胀的速度,永远无法传到地球。所以,哪怕宇宙真的无限大、星星无限多,地球能够“收到”的光其实非常有限。我们能看见的,只是“可观测宇宙”这片小小的区域。至于更远的地方,无论那里多么热闹、多么明亮,我们都无缘得见。
说到这里,情况其实有点让人失落。因为宇宙的膨胀还在继续,随着时间推移,会有越来越多的星系离我们而去,彻底“消失”在我们的视野之外。科学家们预言,未来的某一天,除了本星系群(也就是银河系和它的几个小伙伴)还能靠引力拉在一起,其他更远的天体都会与我们彻底断开联系。到那时,夜空只剩下寥寥几颗“近亲”星星,再也看不到现在这片浩瀚的星海。人类一直对星辰大海充满好奇和浪漫,但宇宙好像正在慢慢把我们“孤立”起来。也许在很久很久以后,我们的后代只能从古老的天文学文献里,看到今天我们还能观测到的那些星系、星云、超新星。想想都有点难过。那么,面对宇宙这道“慢慢拉上的帷幕”,我们人类又能怎么办呢?欢迎大家踊跃讨论,感谢大家观看,我是探索宇宙,我们下期再见。