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!

宇宙时空探索 2024-11-04 14:37:29

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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评论列表
  • 2024-11-04 20:09

    宇宙加速膨胀,所谓的暗物质暗能量和不可探测的事物似乎永远未知遥不可及,人类对它们的认知遥遥无期……

  • 2024-11-04 21:16

    宇宙是无限大的,大爆炸理论不过是一个超大天体爆炸,产生“区域性”星系,无论是大爆炸,还是多元宇宙,还是弦宇宙,都无法逃避“界限”的区分,只有“无限大”才能覆盖“空间”的无限性,宇宙就是无“中心”和无“边界”,从大爆炸理论与宇宙尺度大小和年龄大小就可以断定大爆炸理论不成立,更别说“界限”这个定论,

    战虎 回复:
    天神组创造出了太阳给宇宙带来了第一道光,天神组之后相继创造出了星球与生命,完善了宇宙中的生机……

宇宙时空探索

简介:用通俗的语言诠释科学