宇宙中有近乎无限颗恒星,为什么地球夜空还是黑的?

夜空为什么是黑色的?

这个看起来有点滑稽的问题,在1610年被开普勒首先提出。

夜空

德国天文学家奥伯斯在1823年指出:如果宇宙是稳恒态且无限大的,那么均匀遍布全宇宙的恒星,会使得人类不论朝那个方向看,都能看到一颗发光的恒星。

奥伯斯的言下之意就是,按照他所处时代的稳恒态宇宙模型,地球夜空中的星星之间是不应该有间隔的,准确来说,只有地球夜空密密麻麻充满发光恒星,导致地球夜空和白天一样明亮的时候,才符合稳恒态宇宙模型。

奥博斯佯谬

然而观测事实,却和稳恒态宇宙模型的预测完全相反,这意味着宇宙绝非当时物理学界想象中的静态,经典物理学的宇宙观念,无法解释这个被称为“奥伯斯佯谬”的东西。

时间流转到20世纪初期,此时的天文学虽然有了长足进步,但其视野还局限在银河系之内,天文学家们既不知道银河系外还有没有恒星,也不知道银河系外还有没有星系。

银河系

这种情况下,“奥伯斯佯谬”迎来了第一个“宇宙孤岛”解释

该解释认为宇宙中只有银河系这一个星系,而银河系内的有限恒星无法填满地球整个夜空,因此夜空绝大部分都是黑色的。

然而这个解释并没有持续太长时间,因为1923年,天文学家哈勃通过造父变星确定了仙女座的星系身份,“宇宙孤岛”至此成为了历史,取而代之的是拥有众多星系的现代天文学。

超星系团

在确认宇宙中存在大量和银河系类似的恒星系统后,“奥伯斯佯谬”迎来了第二个解释。

爱因斯坦广义相对论早期的“宇宙常数”解释

早期广义相对论中的宇宙常数,主要用途是在宇宙尺度上抵消引力带来膨胀和收缩,从而使得宇宙得以维持经典物理学时期的稳定且有限状态,那么既然宇宙有限,恒星数量自然也就不是无限多了,所以地球夜空也就不会被恒星填满,因此夜空绝大部分都是黑色的。

光的多普勒效应

然而这个解释也没能持续太长时间,1929年,天文学家哈勃通过观测又发现了绝大部分星系的光谱呈现红移状态,根据多普勒效应,只有被观察者远离观察者的时候,才会出现红移现象,因此哈勃断定,宇宙大部分都在远离地球,这意味包括早期广义相对论在内的宇宙学模型,全都错了,真实的宇宙是膨胀态,而不是稳恒态。

爱因斯坦在得知哈勃发现宇宙膨胀后,还专门前往哈勃工作的威尔逊山天文台,把观测数据确认了一番,然后就把宇宙常数从场方程里拿掉了,还说“宇宙常数是自己一生最大的错误”

左二为哈勃

宇宙膨胀现象的发现,让科学家们意识到了宇宙在遥远的过去存在一个开端,也就是说宇宙的年龄其实是有限的。

一旦意识到宇宙年龄有限和宇宙膨胀,奥伯斯佯谬就没有存在的理由了

因为既然宇宙处于膨胀之中,那就说明宇宙中的“光源星系”们都在远离地球,它们发出的光也就需要更长的时间才能飞到地球。

可观测宇宙

用现在掌握的数据来说,宇宙诞生138.2亿年至今,诞生了许多星系,但星系们发出的光并没有在这138.2亿间跑遍整个宇宙,因此在地球上的我们只能看到宇宙的“一部分”,这“一部分”用现在的话来说就是以地球为中心半径465亿光年的可观测宇宙。

可观测宇宙内的远距离恒星们,发出的光经过长时间飞行,早已从高能变成低能了,换句话说就是从可见光衰减成微波辐射了,而人类的眼睛看不到微波信号,所以就只能看到,比较近的恒星发出的光子点缀的黑暗夜空。

夜空

所以说

夜空绝大部分是黑色的,才是正常现象,奥伯斯佯谬只是一个建立在,错误宇宙学理论下的错误命题,所以稳恒态宇宙被膨胀宇宙取代后,奥伯斯佯谬也就不存在了,这也是为什么奥伯斯佯谬被称为佯谬的原因。