夜空会是黑暗的?

329525 2019-10-16

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每一天，当太阳从西边落下时，天空就会裹上蓝色的丝绸。随着太阳裹挟着蓝色丝绸向西落下，来自太空的黑暗从东方开始渐渐笼罩天空。太空可能是黑暗的，但它不是空的。夜空中点缀着数不清的星星，也许比我们的太阳还要闪耀，在我们尚未涉足的世界环绕着。

仅我们的星系就拥有大约2000亿颗恒星，在可观测的宇宙中至少有1000亿个星系！如果每天晚上都有无数的星星像太阳一样闪耀着，为什么夜空会是黑暗的呢?

探索

这个自古以来困扰着而我们的问题，终于在不到一个世纪的时间前才找到了答案。

史蒂芬·霍金在《时间简史》中写下过这样一句话；“人类求知的最深切的意愿足以为我们所从事的不断探索提供正当的理由。而我们的目标恰恰正是对于我们生存其中的宇宙作完整的描述。”

图解：在内华达州不受光污染的黑岩沙漠看见的在人马座方向上的银河（包括银河中心）。在右下方是天蝎座，位于心宿二上方的亮星是木星。

我们的“探索”始于亚里士多德，他认为所有的星星，包括太阳、月球和我们太阳系的所有行星，都以同心圆围绕地球旋转。然而，希腊人观察到许多星星的位置似乎是固定的; 不管从哪个方向看，它们似乎都没有移动。托勒密用一个模型总结了这一观点，在这个模型中，除了镶在外壳上的恒星外，所有的天体都绕着地球转。

图解：托密勒宇宙模型-至于最外层恒星之外是什么呢？是一直都不清楚的。这种擦边球的说法是为了给天堂和地狱留下空间。

然而，托密勒的宇宙模型看起来不错，实际上预测的行星轨道与世纪观测并不相符。预测与观测相一致的是哥白尼模型。他只是认为是地球和其他行星绕着太阳转，而不是太阳绕着地球转。哥白尼，身为一个牧师，为了避免被诬蔑为异教徒，他只好将他的模型匿名的流传。

图解：地心说（上图）与日心说（下图）二者模型之比较

当伽利略观察到一群卫星围绕木星旋转时，哥白尼的模型得到了证实。然而，令开普勒失望的是（强迫症警告)，行星并不是围绕太阳做完美的圆周运动，而是呈略微拉长的圆圈或椭圆形。但是当托密勒发现束缚太阳和恒星运动的力无法和他的磁力模型相兼容时，他更自闭了。

图解：伽利略的地理军事两用圆规，于设备制造商马克·安东尼奥·马哲勒尼于1604制造

现在我们都这道，这个力其实是引力，而不是别的力。万有引力理论最早是由牛顿在他的《数学原理》中提出的，这可能是物理科学史上最伟大的智力成就。最后，虽然哥白尼的模型完全取代了托勒密的模型，但牛顿仍然为托密勒模型的“固定恒星”所困扰。如果万有引力迫使物体之间相互吸引，它们为什么不互相移动呢? 事实上，如果星星的数量是有限的，它们不应该在某个时刻坠落到一起吗?

你会举起重物来对抗地心引力吗

牛顿认为，如果真的有无数均匀分布在无限空间中的恒星，那么这种情况就不会发生。现在，因为每颗恒星都被无限的恒星包围着，没有中心点可以落进去。

图解：被称为牛顿苹果树后代的一颗苹果树，发现于剑桥大学的植物种植园。

然而，德国哲学家海因里希·奥勃斯(Heinrich Olbers)反对说，如果宇宙确实是由无限多颗恒星组成的，那么地球表面的每道视线都应该在一颗恒星的表面上结束。这样的话将使整个天空，无论白天还是黑夜，都像太阳一样明亮。奥博斯推测，我们和恒星之间的物质会吸收它们的光，阻止它们到达我们身边。然而，如此多的热和光会加热中间物质本身，这就如同白炽灯一样。亮度也是相当于被加强。那么，实际上为什么不是这样呢?

你和奥尔伯问题的答案就像哥白尼模型的问题一样显而易见。

不断膨胀的宇宙

奇怪的是，生活在20世纪之前的每一位天文学家都建立了一个新的理论模型或修改了旧的模型，这些模型基本上都是基于一个微妙而又极其重要的假设——宇宙是静止的。牛顿本人相信宇宙永远处于一种一成不变的状态; 他相信一个静态的宇宙，它的居民从一开始就在那里。

图解：奥伯斯使用的望远镜，现存于不莱梅福克博物馆。

关于黑夜还有一种说法是，假定恒星并不是永远那么亮，而是在有限远的过去才开始发光。这种情况下，吸光物质还没有加热，或者远处的恒星的光线尚未到达我们这里。

图解：猎户座星云，离我们最近的恒星托儿所之一(图片来源:peresanz / Fotolia)

然而这迫使我们去问下一个问题，是什么事件导致了这种情况，导致恒星首次发光的事件又是什么？我们可以把是“什么导致了”这个问题回溯到宇宙开端的原因。事实上，宇宙开端是有原因的。它被称为宇宙大爆炸，发生在约137亿年前。更令人惊讶的是，自诞生以来，宇宙并没有停止膨胀。

埃德温·哈勃是历史上最著名的天文学家之一，他在1929年发现了宇宙膨胀的证据，当时他观察到，无论你往哪里看，遥远的星系都在以惊人的速度远离我们。哈勃作出了一个具有里程碑意义的观察:宇宙在膨胀! 随后，我们通过回溯膨胀到一个点的时间来计算宇宙的年龄，这个点的密度是无限的奇点，它突然出现爆炸并扩展成我们今天所观察到的浩瀚宇宙。斯蒂芬·霍金认为这“可能是现代宇宙学最引人注目的发现”。

图解：宇宙大爆炸模型。图片来源(维基百科)

随着宇宙不断膨胀，遥远的恒星和星系离我们越来越远。光是宇宙中速度最快的东西，但它的速度仍然是有限的。从100万光年外的恒星发出的光需要100万年才能到达我们这里。因此，我们所观察到的并不是恒星现在的样子，而是它在一百万年前的样子。或许它已经死了，但我们只有在一百万年后才会知道。

此外，随着恒星远离我们运动，光的能量就会减少，就像离我们而去的火车发出的轰鸣声一样。大爆炸中爆炸的光的波长逐渐从伽马射线被拉长到微波。这一发现使物理学家们产生了一种预感，我们的探索可能会惨淡的结束。我们所观察到的恒星是可见的，因为它们既没有后退到足够远的距离以至于发出超出可见光范围的波长的光，也没有发出比可见范围更短的的波长的光。