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黑暗的夜空看起来没有什么特别的 , 我们早就习惯了 。 但如果仔细想一想“为什么夜晚的天空是黑暗的?” , 这其实是一个细思极恐的问题 , 远比想象得复杂 , 背后还隐藏着一个让人绝望的事实 。
恒星是宇宙中最主要的光源 , 它们的核心区域会发生核聚变反应 , 由此释放出耀眼的光芒 。 在我们的银河系中 , 就有至少1000亿颗恒星 。 但由于大部分恒星离我们非常遥远 , 它们发出的光经过长途跋涉来到地球时 , 已经衰减到非常微弱的程度 。
因此 , 我们肉眼所能看到的恒星数量并不多 , 全天估计只有大约7500颗 , 它们大都在太阳系附近 , 距离基本上在1000光年之内 。 要知道 , 银河系的直径有18万光年 。
试想一下 , 倘若宇宙真的是无边无际 , 宇宙中的恒星有无数颗 , 就算那些遥远的恒星都暗到看不到 , 但无数恒星发出的光可以汇聚到一起 , 夜空应该要被照亮才对 , 星星之间不应该还有黑暗的区域 。
有些人可能会想 , 宇宙中分布着很多星际尘埃 , 它们会阻挡星光到达地球 。 但这些星际尘埃吸收了足够多的星光之后 , 总有一天能够发光发热 , 这样它们仍然可以照亮地球夜空 。
然而 , 我们在现实中看到的天空是漆黑的 。 这就是著名的奥伯斯佯谬 , 由天文学家海因里希·奥伯斯(Heinrich Olbers)在1823年第一次提出来 。 那么 , 该如何解释这个问题呢?
长久以来 , 天文学家通过观测发现 , 除了少数几个太阳系天体之外 , 天上的星辰不会随时间流逝而发生变化 。 在天文望远镜问世之后 , 天文学家可以观测到更为深邃的宇宙 , 在天空的每一部分都发现了越来越多的恒星和星系 。
这一切都在暗示 , 时间存在了无限久 , 宇宙是稳恒态的 , 并且宇宙是无限大的 。 但如果宇宙真的是这样子 , 地球夜空就不可能一片漆黑 , 而是会亮如白昼 。
著名物理学家爱因斯坦也认为宇宙是稳恒态的 。 当时 , 爱因斯坦用广义相对论来描述宇宙时发现 , 空间不是在膨胀 , 就是在坍缩 。 于是 , 爱因斯坦在他的理论中引入了宇宙学常数 , 以符合静态宇宙的设想 。
但事实上 , 静态宇宙无法解释夜空黑暗 , 爱因斯坦错了 。 天文学家哈勃的发现证实了这一点 , 也震撼了科学界 。 哈勃分析了宇宙中各种星系的光谱 , 他发现大都出现了红移 , 这意味着星系大都在远离银河系 。 而且与银河系相距越远的星系 , 远离银河系的速度越快 , 两者呈正相关 , 这就是著名的哈勃红移定律 。
这一定律表明 , 宇宙空间自身的结构正在膨胀 , 这无不让天文学家感到不可思议 。 令人难以置信的是 , 空间这种看不见摸不着的东西 , 竟然在不断自我扩张 。 那么 , 空间膨胀该如何理解呢?
试想一下 , 气球表面代表三维空间(气球内外没有任何意义) , 气球表面上的蚂蚁代表星系 。 当气球膨胀时 , 即便上面的蚂蚁原地不动 , 不同蚂蚁之间的距离也会越变越远 。 而且距离相隔越远的蚂蚁 , 单位时间内分开的距离越远 , 也就是退行速度越快 。
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