宇宙有無數(shù)恒星照耀，夜空為何還那么黑？奧伯斯佯謬的破解

晴朗的夜，我們仰望星空，可以看到繁星滿天。但在這些繁星的間隙，卻是一片黑暗，這些星星就像鑲嵌在黑天鵝絨上的寶石，閃閃發(fā)光。

這已經(jīng)是見怪不怪的現(xiàn)象了，但人類與別的動物不同的，就是有一個聰明的大腦，這樣就有許多人還在為這種見了幾千年的現(xiàn)象思考：為什么宇宙太空是黑的呢？

奧伯斯佯謬

現(xiàn)代科學(xué)觀測和研究，已經(jīng)對宇宙有了足夠的了解，已經(jīng)成為常識的是：宇宙很大，可觀測宇宙就有數(shù)萬億乃至十萬億個星系。而我們的銀河系只是這眾多星系中的一個漩渦星系，太陽只是銀河系一顆普通恒星。銀河系直徑有20萬光年，包含2000億~4000億顆恒星。

我們地球是太陽系中一顆中等行星，太陽每天都照耀著地球，給我們帶來光明，因此每到白天，天就是亮的?？稍谔眨热幻恳活w恒星都是太陽，那么即便在銀河系，也有數(shù)千億顆太陽在照耀，為什么太空背景還是一片漆黑呢？

古代人們對宇宙了解不深刻，把那些星星當作是神仙，當然就不會思考這個問題了。但到了有科學(xué)的時代，有智慧的人們就開始奇怪了。1610年，天文學(xué)家開普勒就提出了這個問題，他被認為是最早以科學(xué)方式提出此類問題的人；1823年，德國天文學(xué)家奧伯斯又系統(tǒng)提出了這個問題，于是，人們把這個問題稱為“奧伯斯佯謬”。

奧伯斯佯謬（又稱夜黑佯謬或光度佯謬）的核心思想是：若宇宙是穩(wěn)恒態(tài)而且是無限的，晚上就應(yīng)該是光亮的，而不是黑暗的。這種思想是基于一直統(tǒng)治人類思想的絕對宇宙觀，這種思想認為宇宙生來就是這個樣子的，是無始無終無邊無際的，而且光速也是無限的。

自從古希臘出現(xiàn)了科學(xué)的萌芽，絕對宇宙觀就成為統(tǒng)治思想，一直到哥白尼發(fā)現(xiàn)日心說，伽利略觀測到宇宙巨大，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力，這種觀念也沒有動搖過。根據(jù)這種觀點，宇宙是無限的，無始無終的，那么恒星數(shù)量也就是無限的，且光速無限，一生出就充滿宇宙，這樣恒星源源不斷發(fā)射的光芒一直留在宇宙中，這樣宇宙就應(yīng)該是光明的。

但實際上宇宙是黑暗的，這就是一個悖論，因此是一個佯謬。

現(xiàn)在，科學(xué)已經(jīng)很好地解釋了這個問題。宇宙黑暗的原因主要有三點：一是宇宙并非靜態(tài)，而是動態(tài)；二是光速是有限而恒定的，因此光的傳播也是需要時間的；三是宇宙太大太空曠了，且沒有物質(zhì)填充，恒星的光芒要照亮這些空間遠遠不夠。

宇宙在膨脹，而且有始有終

上世紀初科學(xué)界風(fēng)起云涌，對宇宙觀測發(fā)現(xiàn)不斷取得突破。其中最集中典型的代表就是出了個傳奇人物，他發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)造了一系列完全顛覆人類觀念的理論，此人就是偉大的科學(xué)家愛因斯坦。

愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論，在采用當代科學(xué)一系列發(fā)現(xiàn)，如借鑒埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)的宇宙膨脹和邁克爾遜-莫雷實驗發(fā)現(xiàn)的光速恒定等成果基礎(chǔ)上，論證了時空的相對性，否定了牛頓力學(xué)的絕對時空觀。

從此宇宙是有限的，是在不斷膨脹的，而且是有始有終的觀點，漸漸成為科學(xué)界和世界的主流認知。人們通過各種科學(xué)方法觀測和建模，認為宇宙大約起源于138億年前，經(jīng)歷過暴漲、減速膨脹和加速膨脹三個階段，而現(xiàn)在是在加速膨脹階段。根據(jù)哈勃常數(shù)監(jiān)測，膨脹的速率遠遠大于光速。

根據(jù)宇宙膨脹速率和哈勃常數(shù)，經(jīng)過科學(xué)建模測算，得到可觀測宇宙半徑約465億光年?？捎^測宇宙只是人類未來只能了解和觀測的宇宙，這個可觀測宇宙之外還是宇宙，其范圍有多大，現(xiàn)在無法預(yù)料。

從時間開始那一刻，也就是宇宙大爆炸開始后，數(shù)億年才開始形成恒星和星系，這些星系都在隨著宇宙膨脹不斷快速地分開并離我們遠去。這樣星系和恒星之間的距離就會越拉越大，在空間的密度就越來越稀疏，光就越來越微弱。

這就是恒星之光無法照亮整個宇宙的第一個原因。奧伯斯佯謬實際上也是對絕對宇宙觀提出了質(zhì)疑，支持了相對動態(tài)宇宙觀。

光速有限，且傳播需要時間

如果按照光速無限的假設(shè)，那星光就將突然之間充滿整個宇宙，因此宇宙是光明的。但從伽利略開始就質(zhì)疑光速無限論。經(jīng)過幾百年科學(xué)家們不懈努力和無數(shù)次試驗，最終終于得出了準確真空光速為299792458m/s（米/秒）。

而且通過邁克爾遜-莫利實驗，證實了光在不同的慣性參考系和不同的方向上，比如順著地球和逆著地球方向來的光，速度都是一樣的，由此光速是恒定的。

既然光速是有限的，且是恒定的，那么星光發(fā)出來以后到達一個地方就需要時間。

而光的本質(zhì)是電磁波，人的眼睛只能看到可見光，可見光只是整個電磁波譜中一個很窄的波段，范圍在約780~380nm之間。且光波具有多普勒效應(yīng)。何謂多普勒效應(yīng)？就是隨著波源的運動，高速遠離觀測者時波長會被拉長，高速靠近觀測者時波長會被壓縮變短，而光波的多普勒效應(yīng)就是產(chǎn)生光譜紅移和藍移效應(yīng)。

宇宙膨脹遠遠大于光速，因此人類觀測到遠方星系的光就會產(chǎn)生紅移效應(yīng)，越遠越快離去的星光，就越移出了可見光的波長范圍，變得人眼看不見了。因此，我們在宇宙中肉眼看到的光波只是電磁波一小段頻段，而大部分頻段我們是看不到的，這樣恒星的光芒就不可能充斥到整個宇宙了。

恒星距離遠了，亮度就大大降低了

我們知道，人眼看到的光有光源本身發(fā)出的光，如恒星、火光、燈光等；也有物體反射的光，如我們看到除光源以外的一切物體，月亮、人、房子、樹木等，都是依靠反射光，我們才能夠看到。

在太空，每顆恒星相距的距離太遠了，且在廣袤的太空，一片真空，幾乎沒有任何粒子來承載和反射光，因此恒星的光芒根本無法照亮整個空間。

我們地球距離太陽只有1.5億公里，且地球被大氣層包裹，當太陽光來到地球時，受到大氣粒子的反射，因此我們才能夠看到藍天白云，背陰處也有亮光；如果在月球上，由于沒有大氣粒子的反射，太陽照射到的地方就是白辣辣一片耀眼光明，而沒有照射到的地方就是一片漆黑（當然月球石塊等也會反光到陰影處，只是沒有大氣粒子和塵埃，就要暗很多）。

其實，太陽的光也照得并不遠，如果到了冥王星，距離太陽平均不到60億公里，只是0.00063光年，在那里看到的太陽就只有星星大小了。雖然也還算亮，但只比滿月亮291倍，而在地球上，太陽的亮度是滿月的約70萬倍。

在1光年距離看太陽的亮度，視星等就只有-2.71等了（視星等是數(shù)值越小越亮），地球上看金星最亮?xí)r可達-4.6等，看木星最亮?xí)r可達-2.9等。也就是說在距離1光年的地方看太陽，就還沒有在地球上看金星和木星亮了。如果在遠點，到距離太陽最近的恒星4.3光年的南門二處看太陽，太陽視星等就只有0.43等，還沒有我們看南門二A星0.01等亮呢。

恒星很稀疏，且空間沒有粒子反射，就無法亮起來

太空中的恒星有多稀疏呢？我們以銀河系為例來計算一下：銀河系約20萬光年直徑，如果用平均5000光年的厚度來計算體積，4000億顆恒星相互之間平均相隔空間就在約7.32光年。這么稀疏的星空，依靠恒星那點能量是完全無法填滿亮光的。

更重要的是，整個太空處于高度真空狀態(tài)，除了一些塵埃和星云集中的地方，絕大多數(shù)空間只有極其微量粒子飄蕩，根本無法吸收和反射亮光。而星系之間的間隔就更巨大了，都是以數(shù)十萬到數(shù)百萬光年計算，因此這個巨大空間就更真空了。

一般認為，宇宙密度平均每立方米只有1個粒子。這個密度是宇宙中所有粒子加起來（包括所有星系和恒星都化為粒子），與空間的比例計算的。因此宇宙的空曠超乎人的現(xiàn)象。

而在宇宙塵埃集中的地方，我們就能夠看到星云的反光，由此望遠鏡拍下了絢麗多彩奇形怪狀的星云，如創(chuàng)生之柱等等（下圖）。其實這些星云的密度也很小，每立方厘米只有幾十到上百個粒子，而在高度真空的月球表面，粒子也達到每立方厘米上萬個呢。

但這些星云在真空度極高的宇宙空間，就很密集了，且范圍巨大，動輒數(shù)光年甚至數(shù)百光年，這些粒子總量是很巨大的，因此星云是孕育和形成新恒星之母。

這就是我們夜間仰望星空，繁星點點，但背景一片漆黑的原因?，F(xiàn)代宇宙學(xué)認為，由于宇宙不斷在加速膨脹，未來的星空將越來越稀疏，背景就會越來越黑暗，最終宇宙在熱寂中消亡 。當然這個時間會很漫長，漫長得人類根本無法忍耐，早就不知所蹤了。

不知道各位明白了沒有？歡迎討論，感謝閱讀。

時空通訊原創(chuàng)版權(quán)，侵權(quán)抄襲是不道德的行為，敬請理解合作。