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白天，阳光从四面八方涌来，阳光从我们能看到的任何地方射向我们的眼睛。到了晚上，阳光不会覆盖头顶的大气层，所以天空中到处是黑暗，没有光点，如星星、行星或月亮。 
你是否对此产生过怀疑么。如果宇宙是无限大的，我们的视线不应该最终撞上恒星，不管我们朝哪个方向看？考虑到那里有数万亿个星系，望远镜能够看到我们眼睛看不到的微弱星系，为什么所有这些星系发出的光都不能照亮天空的每一个点？ 这是困扰科学家数世纪的难题。如果你仔细考虑它，它甚至可能对你没有意义。是的，我们地球上的大气层对可见光基本上是透明的，这使我们能够在夜间看到广阔的深空深渊。我们在银河系中的位置很特殊，银河平面被前景尘埃和气体遮蔽，这些尘埃和气体阻挡了银河系中心区域的光。 
（上图说明：在美国大峡谷附近的拍摄到的银河系，巧合的是，这是我自己第一次看到银河系。银河系的平面看起来很暗，与位于我们银河系平面上的背景恒星形成了鲜明的轮廓。） 但除此之外，你可能期望在每一个方向和每一个地方看到光，理论上你是能够看到的。毕竟，如果宇宙是真正无限的，那么深空的空虚就会永远存在。在任何你能想象到的方向，最终你的视线将遇到一个闪亮的光点。 如果这是真的，那么夜空根本不会是黑暗的，而是会由每一个星光路径到达地球的星星照亮。 然而，即使我们看到看似空洞的最深处，人眼或传统望远镜也看不到星星或星系，我们最强大的天文台虽然能看到许多，但它仍然只是少数在空旷的黑色背景下的光点。 是的，宇宙充满了恒星和星系； 是的，它们距离我们很远：数百万，数十亿甚至数百亿光年。 星光穿过宇宙，到达我们最好的观测设备，在很大程度上展示了一个丰富的宇宙。 但是，宇宙太过浩瀚，人类的最好的观测设备所观测到的恒星及星系也仅仅是九牛一毛。 
（上图说明：宇宙可能是真正无限的，有无数的恒星和星系在四面八方。但是，如果情况如此，您完全预计最终，您的视线将相交发光物体。如果是这样的话，黑暗是不可能的。） 从科学上讲，对于宇宙是有限的还是无限的，还没有定论；我们只是不知道而已。然而，我们所知道的是，我们所能观测到的宇宙部分必须是有限的。尽管我们在20世纪后半叶之前对宇宙的大规模结构几乎一无所知，但我们仍然知道，一个无限大的可观测宇宙根本不可能。 早在19世纪，海因里希·奥尔伯斯（Heinrich Olbers）就注意到了一个数学悖论。如果你处在无限的宇宙里，恒星和星系的密度是恒定的，那么你最终会看到，从你观察的每个方向发出的无限多的光。你会看到附近所有的星星，然后在星星之间的空间里，你会看到更远的星星。在这些星星之间的空间里，随着距离的增加，你会看到更多的星星。不管与它们的距离有多远——数百万、数十亿、万亿、万亿光年等等——最终，无论你在哪里看，你都会碰到一颗恒星。 
（上图说明：恒星的大小、颜色和质量各不相同，包括许多明亮的蓝色恒星，它们的质量是太阳的几十倍甚至数百倍。这在半人马座的开放星团NGC3766中得到了证实。如果宇宙是无限的，即使是这样的星团也不会显示恒星之间的“间隙”，因为一颗更远的恒星最终会填补这些间隙。） 如果你愿意，可以用数学方式考虑一下。 如果恒星的数密度在整个空间中是恒定的，那么你将找到的恒星总数等于恒星密度乘以宇宙的体积。 一颗恒星越远，它就越暗：它的亮度随着反距离的平方 (~1/r2)而下降。 但是，您在特定距离处可以看到的恒星总数与球体的表面积有关，而球体的表面积随着距离的平方而增加（球体表面积的公式为4πr2）。将星数乘以每颗恒星的亮度，得到一个常数。 距离一定距离的亮度是一个特殊的值：让我们称之为B，两倍的距离，亮度也是B，三倍？ 还是B，四倍？ 还是B。 
现在把这个系列加起来：B+ B + B + B + ……等等。你能看出这是怎么回事吗？不幸的是，答案是走向无穷大。除非这个系列有一些截止点，否则每个方向的夜空亮度都会获得无限值。 早在19世纪，奥尔伯斯就用这一推理来得出结论，可观测到的宇宙不可能是无限的，但他不能肯定。毕竟，还有其他天文问题。一个常见的反对意见是，这种天真的分析没有考虑到客观存在的遮光尘埃，你只要看看银河系平面就能看到这些尘埃。即使在现代，我们许多最著名的天文景点都充满了遮光的尘埃。 
（上图说明：像我们银河系中发现的黑暗的、多尘的分子云，会随着时间的推移而坍塌，并产生新的恒星，其中最密集的区域形成了最巨大的恒星。然而，即使它后面有许多恒星，星光也不能穿透尘埃，它会被吸收。） 在一个有限的宇宙中，尘埃可以与星光竞争，因为撞击尘埃的可见光被吸收并以较低的能量重新辐射。但是如果宇宙真的是无限的，奥尔伯斯悖论的问题就会出现在每一颗遮光尘埃中：每一颗尘埃都必须吸收无限量的星光，直到它也在它吸收的所有光的相同温度下辐射出来！ 
（上图说明：从我们的角度来看，可观测的宇宙可能有460亿光年，但肯定还会更远，甚至可能是无限的。宇宙可能是无限的，但我们只能看到138亿年来的光：大爆炸以来的时间。） 我们知道，宇宙不可能是静止的、无限的和充满了永远闪耀的星星。如果是这样的话，在所有的地方和方向，夜空将永远是永远的明亮。显然，这里还有其他工作要研究。 事实上，由于对太空认识的限制，奥尔伯斯在他那个时代根本不可能知道的，并不是宇宙的范围不是无限的（它仍然可以是无限的），而是它在无限长的时间内不会以当前的形式返回。我们今天居住的宇宙有一个开始，这个开始被称为大爆炸，它为所有可能存在于可观测宇宙中的物质、辐射、能量和光划出了一条起始线。 
（上图说明：星系让位给了大规模的结构和边缘地带创世大爆炸的炽热、稠密的等离子体。试图弄清楚可见宇宙中有多少星系是我们这个时代的一大宇宙任务。） 宇宙不是永远存在，因此我们只能观测到距离特定和有限距离的恒星和星系。因此，我们只能从它们获得有限数量的光、热和能量，我们的夜空中不能有任意大量的光。 但这又引出了另一个难题。如果像大爆炸所说的那样，宇宙在早期是热的、稠密的、充满物质和辐射的，那么早期的辐射最终应该会到达我们的眼睛。无论我们往哪里看，无论从哪个方向看，都不应该有辐射逃逸。 事实上，根据现代观测，我们可以计算出今天宇宙中还剩下多少光子，答案是每立方厘米的空间有411个光子。如果你问我们为什么不检测到它，答案是我们一直这样做。如果你要带一台非常老式的电视，一台带有兔耳天线的电视，深入到星际空间的深处，远离任何恒星或地面无线电源，你可以把它调到3频道。你可以看电视屏幕上布满了“雪花点”，这就是来自大爆炸的辐射。 
（这台老式电视机上有老式的天线，用来接收电视信号。在地球上，只有一小部分"雪花"信号，大约1%，是由于大爆炸的遗留的辐射。） 事实上，我们确实从大爆炸中接收到了这种光，而且它在天空中以一种不可避免的方式被发现。你肉眼看不到它，是因为宇宙在宇宙历史的进程中不断膨胀，所以这一曾经可见的光现在已经转变成如此长的波长，以至于你的眼睛看不到它们，你的皮肤感觉不到它们，你的身体也无法检测到它。 但是你的微波和无线电天线可以接收到它们。事实上，这就是这种辐射最初被发现的方式，也是大爆炸最初被证实的方式：一个巨大的无线电天线，无论操作它的科学家在何时何地寻找这个信号，都能够接收到这个信号。如果我们的眼睛已经适应了微波或无线电波，事实上，我们会看到一个明亮的“夜空”，它在各个方向上都是均匀明亮的，在任何地方都没有黑点。 
它需要两个事实，一起解释为什么夜空是黑暗的。第一个是宇宙只存在了有限的时间，这限制了我们目前可观测到的辐射的范围和数量。第二，我们只能看到电磁光谱的有限部分的光，那就是可见光部分。 相反，如果我们能用微波光观察天空，天空在任何时候，都从四面八方闪烁着光芒。有点讽刺的是，夜晚在人类眼中看上去显得黑暗，那是因为我们人类眼睛对光局限性所导致。 |
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