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今天我们要讨论的,也是一个司空见惯的生活现象:夜晚的天空为什么是一片漆黑呢?
有的朋友可能会说,太阳下山了,可不天就黑了吗?
可你想过没有,浩瀚的宇宙中可是布满了各种各样闪烁发光的恒星的。如果宇宙无限大且静止稳定的话,我们无论朝哪个方向看去,都应该能看到无数颗恒星,就算恒星距离我们再远、恒星发出的光再微弱,这么多恒星共同发出的光,难道还不能把我们夜晚的天空照亮吗?
天文学家们的争论不休
这个看似幼稚实则深奥的问题,很早以前就引发了天文学家的关注。最早是在1610年,著名德国天文学家开普勒就已经察觉到了不对劲。
然而在他那个年代,天文学和占星术都还没有完全的分离,更不要提大规模的观测和研究了。所以虽然开普勒在天文学上做出了杰出的贡献,并且开创了天体物理学,但对于“夜晚天空为什么是黑的”这个问题,他也很难给出解释。
直到200多年后,德国天文学家奥伯斯于1826年首次提出了奥伯斯佯谬(奥伯斯悖论),他认为:如果宇宙真的是稳定的、无限大的,且在时空上处于平直的,那么上面应该均匀分布着同样的发光体。
由于发光体的照度与距离的平方成反比,而一定距离上球壳内的发光体数目和距离的平方成正比,因此就算这些发光体距离地球的距离有远有近,总的光芒也应该能把黑夜的天空照到无限亮。
奥伯斯佯谬提出之后立刻引起了天文学界的广泛关注。起初有不少天文学家解释说道:那是因为宇宙中存在着大量的气体和尘埃,来自遥远恒星的光芒在到达地球前都被它们吸收了,所以我们的夜晚才是黑的。
然而这种说法很难让人信服,因为如果宇宙恒星的总光度无限大的话,就算星际物质会吸收恒星的光芒,它也会因为这些光芒所带来的能量而变热发光的,而不是把光芒完全吞噬了,因此还是会得出夜晚应该是明亮的结论,这与事实完全不符。
就这样,天文学家争论了小一个世纪也没什么结论。直到1915年爱因斯坦的广义相对论发表,才让人们看到了一丝解决问题的曙光。
广义相对论里提到:物质因为其自身质量会扭曲时空,而扭曲的时空又在某种程度上会影响物质和能量的分布。
而且刚好这一年美国天文学家斯里弗发现,大多数银河系外的星系光谱线都偏离了正常位置,而在向红端位移。这说明什么问题呢?
我们生活中都有这样的经验,当高铁列车朝我们迎面驶来时,我们会发现列车的警笛声变得越来越尖,反之当列车远离我们时,笛声反而会变得低沉。这就是奥地利物理学家多普勒发现的多普勒效应。
多普勒效应也适用于光波,当光源远离观测者时,光波频率变低,波长变长,也就产生了光谱线上的红移现象,而这一发现恰恰说明,河外星系都在远离我们而去。
宇宙在膨胀,光追不上宇宙膨胀的速度?
1922年,俄国物理学家弗里德曼根据斯里弗德发现大胆推测,如果根据广义相对论再结合红移现象来推算的话,宇宙的大小并非一成不变的,而是会膨胀收缩的,现在的宇宙正处不断膨胀的时期。
然而他的这一理论立刻遭到了当时天文学家的批判,因为那时候包括爱因斯坦本人在内,都认为宇宙是静止不动的,爱因斯坦甚至为了让自己方程式中的宇宙维持静止,还特意引入了一项宇宙常数。说宇宙会膨胀收缩,这不是跟主流科学对着干么?
然而1929年,美国天文学家哈勃却通过实践观测告诉人们,即使是爱因斯坦也会犯错,弗里德曼的推测完全正确!
哈勃不仅观测到四面八方的星系都在远离我们,而且还计算出了星系的距离与红移量的大小成正比,也就是说离我们越远的星系,远离我们的速度越快,而宇宙正在向四面八方膨胀!
这就是著名的哈勃定律。这个发现可以说是重重打了爱因斯坦一记耳光,不过爱因斯坦倒是很爽快,立刻承认引入宇宙常数是一个极其愚蠢的错误。毕竟向真理低头是一件快乐的事情,从此动态的宇宙观也开始为人接受。
既然宇宙是在不断膨胀的,离我们越远的星系,红移越大,发出的光芒越弱,所以遥远星系发出的光芒很可能没有到达地球前,能量就已经为零了,所以我们的夜空才会整体上呈现出黑色。
然而你以为问题就这样完美地解决了么?好了,既然天文学家说宇宙是膨胀的,那又产生了一系列的新问题:
宇宙是什么时候开始膨胀的?
造成膨胀的原因又是什么?
有没有可能会收缩呢?
……
这一系列的问题可以说是问的天文学家哑口无言。
为了避开这些问题,美国天文学家又提出了一种新的假说,说我们的夜空之所以是黑的啊,是因为我们看到的是宇宙诞生之前的状态。
你想啊,光传播速度再快,它也是有限的,每秒钟30万公里,宇宙那么大呢,光从诞生到传递也需要一定的时间。我们现在看到的恒星和宇宙,其实都不是它们现在的状态。
就算离我们最近的太阳,我们看到的也不过是它8分钟之前的样子。更不要说离我们更远的那些恒星了。所以我们现在看到的夜空是恒星和宇宙诞生时的状态,它们的光还没有到达地球呢,所以夜晚是一片漆黑。
不过这种说法也有很大的漏洞,因为谁也说不清宇宙是怎么形成的,怎么就演化成了今天这个样子。
当然了,任何假说的提出背后都有其不完美的地方,都需要进一步的观察、研究、取证。而关于夜晚天空的问题我相信科学家们还会继续研究下去。
而在这个过程中,必然会遇到来自权威的挑战,必然也会出现很多颠覆我们传统认知的发现和理论。科学家们都应该有弗里德曼和哈勃的这种精神,敢于用事实去颠覆传统,敢于发表自己的疑惑和简介,毕竟权威和传统未必就是真理,只有不断地提问,不断探索,不断地观测研究,才能找到最终解决问题的答案。
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