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夜空为什么是黑的?因为没有太阳?答案远非你想的那么简单!

   时间:2024-11-04 18:03:06 来源:宇宙时空作者:孙雅编辑:瑞雪 发表评论无障碍通道

在历史的长河中,1823年,德国的知名天文学者海因里希·威廉·奥尔伯斯提出了一项引人入胜的论点:假设宇宙是无限、均质且静止不变的,并且在这样无限的宇宙中散布着无数颗星辰,那么以地球为观察点,无论朝哪个方向望去,夜空都应当被星辰的光芒所充满,夜空本不该呈现黑暗之状,它应与星辰表面一样光亮。

然而,我们实际观察到的却是漆黑一片的星空,这便是与奥尔伯斯的理论相左之处,也因此,他的观点被命名为“奥尔伯斯悖论”或“黑暗夜空悖论”。

为了使上述理论更易于理解,我们通过下面的这段动态图像加以说明:

在这幅展示无限且均质天空的动态图像中,每一帧都呈现了更加遥远的星辰,那些更远的星辰填补了视线中较近星辰之间的空隙。最终,整个画面就像一颗星辰般闪烁着光芒。

事实上,站在地表用肉眼所见的夜空是如下情形:尽管星辰闪烁,但整体而言,夜空是黑暗的,星辰之间存在大片的空隙,我们无法看到这些空隙中星辰的光辉。

根据奥尔伯斯悖论的论述,鉴于夜空的黑暗,宇宙本质的“无限”、“均质”和“静止”三个假设中至少有一个是站不住脚的。

奥尔伯斯悖论提出后,成为“宇宙大爆炸理论”的有力证据。在大爆炸模型中,红移现象本身便能够解释夜空的黑暗:宇宙的膨胀导致从遥远的恒星和类星体传来的光线发生红移,更遥远的星系正在以光速甚至超光速离我们远去,因此,来自天空的总光线亮度是有限的。我们无法看到可视宇宙之外的星球,因为它们的光线传播速度无法超越光速,因而无法抵达地球。而在可视宇宙的范围内,星辰的数量是有限的,它们无法照亮整个夜空。

奥尔伯斯的“黑暗夜空悖论”挑战了稳态宇宙的设想。稳态宇宙的观念起源于公元13世纪,支持者认为宇宙无始无终,无限延伸。尽管宇宙可能正在膨胀,但随着时间推移,其外观不会发生改变,宇宙中的物质在大尺度上呈相对均匀的分布。

宇宙是有界限的吗?

假设宇宙是有限的,或者宇宙中星辰的数量是有限的,那么黑暗夜空的现象便不难解释:因为有限的发光体无法点亮无限的夜空。

然而,我们肉眼所见的星空是否就是宇宙的全貌?显然不是。哪怕你拥有超常的视力,在极佳的夜晚仰望星空,你所见的99%以上其实只是银河系内的星辰。银河系内的恒星数量高达4000亿颗,厚达1000光年以上,直径更是达到了20万光年。天文学家声称在地球上我们只能看到8749颗银河系内的恒星,而用肉眼我们最多能分辨2500颗左右的恒星,这是因为大气层阻挡了许多星光。即便是置身于银河系如此密集的恒星群中,我们的视线仍然未被星光充满,事实上,我们的太阳系只是银河系中一个微不足道的点。

银河系内的大量星云与尘埃阻挡了光学望远镜的视线,但对于射电望远镜而言却是透明的。现代科学家可以借助超大型红外和X射线望远镜来扫描星空,揭示隐藏在厚重尘埃背后的秘密,他们甚至能捕捉到银河系中心射手座A*黑洞以及其周边高速旋转的恒星轨迹。这些对于200年前只能使用几英寸口径单筒望远镜的奥尔伯斯来说是难以想象的。

宇宙可能是无限的,但人类所能观察到的宇宙总是有限的,因为我们的视线总是被各种事物遮挡。

宇宙是均质的吗?

根据目前对宇宙的观察结果,在可观测宇宙的大范围内,星系的分布相对均匀。这与稳态学说关于宇宙中物质分布的描述相符。将哈勃太空望远镜对准太空的某一区域,我们可以得到如下一张星空照片:

而当科学家们将哈勃对准一片极小的“空白”区域进行数周的“凝视”后,他们发现那个原本以为空无一物的黑暗深处,实则隐藏着数以万计的遥远星系发出的光芒!

在我们以为空无一物的“空隙”中,依旧潜藏着数以万计的遥远星系。

大爆炸理论认为,宇宙正在快速膨胀,其直径约为930亿光年,并且在可观测宇宙的范围内,星系物质的分布是均质的。

宇宙微波背景辐射被视为大爆炸的余辉,在太空中均匀地散发着光芒。

宇宙是静止的吗?

这可能是稳态宇宙学说中最为致命的缺陷,因为它主张宇宙是平静不变的,然而迄今为止所有对遥远星体的观察结果都明确指向了它的反面:哈勃利用大口径太空望远镜测量了许多星系的光谱,发现它们或多或少都存在红移,越远的星体红移幅度越大。

这表明所有的星系正在彼此远离,一些遥远星系离开的速度甚至可能超过光速,这也是科学家们在计算宇宙年龄与理论直径时出现不符的原因之一。因此,大爆炸理论的支持者们认为宇宙不是静止不变的,它正在快速膨胀,连爱因斯坦也聪明地放弃了自己稳态宇宙的理论,转而支持哈勃的大爆炸设想。

爱因斯坦在访问威尔逊山天文台后,放弃了稳态宇宙的观点。

总结:为何我们肉眼所能见的星辰寥寥无几?

一、“宇宙大爆炸理论”告诉我们,有许多星辰正以超光速远离我们,它们的光线永远无法触及地球。

二、太空并不如我们想象中那般空旷、纯净与透明。地球的大气层非常稠密,可以阻挡大多数星光;在遥远的银河系中,还散布着大量的尘埃和星云,它们同样能阻挡相当数量的星光;在银河系之外的广袤空间里,也充满了气体、尘埃和分子颗粒。太空并非完全的真空,实际上,宇宙中并不存在理想的真空。

星际空间充满了大量气体物质,它们阻挡了可见光。

三、太空中存在众多质量庞大的天体,它们能够弯曲、阻挡和吸收光线。无数的黑洞在太空中漂浮,它们如同吸尘器般吸收光线。若它们周围没有吸积物,我们甚至不知道它们的存在。

四、200年前的天文学家使用的是极为简陋的光学望远镜,他们无法观察到太空中的微波辐射、红外线、紫外线和X射线。即便是如今最先进的哈勃空间望远镜也无法洞悉一切,科学家们还需要借助数百米口径的射电望远镜,甚至用多台射电望远镜组成阵列来探测太空,这对奥尔伯斯来说是无法想象的。

五、科学家们认为,宇宙中的质量有高达95%属于暗能量和暗物质,只有5%属于普通物质。在宇宙的大尺度范围内,暗能量与暗物质对电磁波的作用仍有待科学家们的深入研究。

“奥尔伯斯悖论”的提出是基于200年前天文学家们有限的宇宙观测与认知。如今看来,黑暗的夜空已有诸多科学的解释。尽管关于宇宙是有限还是无限、是整体爆炸还是部分振荡的讨论仍在继续,但随着科学理论与技术的进步,我们必定能揭示更多关于宇宙的真相,科学将越来越接近真理,而悖论亦将逐一解开。

 
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