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太空为何黑漆漆?

2018-03-23  贺淳艺术网
 
 
 

太空中闪烁着数不清的星星,与繁星相伴的是黑漆漆的背景,那些星星就好像挂在黑幕的上面。

太空为何黑漆漆?

太空应该如太阳般光亮?

这个司空见惯的现象在1826年引发了一位天文学家的思考。1826年,智神星的发现者之一、德国天文学家亨利希·奥尔勃斯关于宇宙作了一系列的假定。他假设宇宙是静止的,并由亮度相仿的恒星构成,如果取相当大的空间范围看时,恒星可以看成近似均匀分布的。这些观点就是当时人们头脑中的宇宙。

但是奥尔勃斯却指出,这些看上去没错的观点却含有一个惊人的矛盾。

让我们以地球为中心,取一定长度为半径,在三维空间中得到一个圆球,在这个圆球内,恒星发出的光是一定量的。然后,将圆球的半径加大一倍,仍以地球为球心,取另一个圆球。如果恒星近似均匀分布在其中,那么在第二个圆球中,恒星的数目是原来圆球内的4倍(因为体积是原来球的4倍)。考虑到离地球远的恒星,其视亮度小于近处的恒星,因此每当圆球的半径增加一倍时,地球上收到的光基本上就增加一倍。

让我们继续这个半径倍增的过程,我们会惊奇地发现,随着所考察的圆球半径的增大,太空的亮度也必然会持续地增加,而且在任何方向上都在增加。当然了,远处的恒星会被近处的恒星遮住,但即使是这样,从地球表面向宇宙的任何方向看去,我们的目光总会与一颗恒星的光辉邂逅相遇。于是,在太空中的每一个方向的亮度,都应该与恒星的亮度一样,也就是说,太空应该同耀眼的太阳一样的明亮!

真实情况怎样呢?我们眼中的太空是非常暗的,上面点缀着一些小亮点——恒星,这显然是一个明显的矛盾。

宇宙在膨胀,所以……

这一矛盾被命名为“奥尔勃斯佯谬”。在奥尔勃斯佯谬提出后,另一位德国天文学家西利格又提出了个“引力佯谬”。他推理认为,如果万有引力定律适用在宇宙的各个地方,那么一颗恒星会受到宇宙中所有其它恒星的引力,或强烈、或微弱,但最终的合力将无比巨大,从而将这颗恒星撕成碎片。当然了,我们在观测中没有看到大量恒星被“五马分尸”的现象。

奥尔勃斯本人试图解决自己提出悖论。他猜想,在宇宙中充满着稀薄的气体,气体会吸收恒星发出的辐射光,从而使地球上的人们看不到远处的恒星。但是气体在吸收了辐射后,温度将升高,最终导致气体本身也会发出辐射,并达到吸收和释放的平衡。因此奥尔勃斯的解释其实站不住脚。

奥尔勃斯佯谬产生的原因,其实是后来天文学家发现的宇宙膨胀和恒星的红移现象。

太空为何黑漆漆?

我们现在知道,宇宙在膨胀,所以不考虑恒星自己的运动方向,各个恒星之间的距离在拉大。而且,距离我们越远的恒星,远离我们的速度越快,反映到恒星的光谱上,光谱线就往红色部分移动。因此,来自遥远星系的光线往往是高度红移的。光的谱线越向红端移动,它的能量就越低,因此亮度就越低。于是奥尔勃斯佯谬的产生就解释为,远处的恒星发出的光到达地球时,光线的亮度由于红移而变得微不足道了,在太空中熠熠生辉的,只能是那些距离地球非常近的恒星。

佯谬激发了新宇宙观

但仅仅用红移来解释奥尔勃斯佯谬是不够的,还需要有一个补充条件,那就是宇宙是有一个时间开端的,宇宙到今天的年龄是有限的。因为假如宇宙是无始无终的,而且广阔无边界,那么就算远方的恒星因为红移而变得非常暗淡,但无数大量的恒星的暗淡星光累积,然后都到达了地球这个位置,我们的太空依然会是灿烂无比!

正是由于宇宙的年龄有限,而光要穿过广袤的宇宙到达地球,也需要漫长的时间,不是多远的恒星之光都已经到达了地球的;正是由于宇宙不是广阔无边界的,宇宙中的恒星数量虽然多的难以想像,但毕竟是有限的,所以我们目前的地球上不会被无数的恒星照耀着。再加上红移现象,我们看到太空黑漆漆也就不奇怪了。

有趣的是,奥尔勃斯佯谬曾经一度让宇宙有中心的错误观点“死灰复燃”。支持宇宙有中心的人称,正是由于红移的存在,地球上的人们只能看到宇宙中有限区域的恒星,因此宇宙完全可能是有中心的,只是我们的视野不够开阔,还没有目睹宇宙中心的风采。好在后来天文望远镜越来越先进,天文学家看到了越来越远处的星体,没有发现大量星系聚集在某个中心的现象,人们才逐渐放弃了宇宙有个中心的观点,开始支持宇宙是个弯曲的四维时空,这个弯曲的宇宙结构里并无中心的观点。

奥尔勃斯佯谬的提出,动摇了过去人们头脑中对宇宙的许多错误观念,比如宇宙是静止不变的,宇宙在时间上是无始无终,在空间上是无边无际的,等等。这个佯谬在一定程度上激发了近现代的天文学家勇敢地挑战过去的宇宙学理论,最终他们发现了宇宙的膨胀,并建立了大爆炸宇宙学说。

 

 
 


 
 
 


 

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