夜晚为什么是黑的？

玉安书斋 2020-10-15

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自古以来，当我们抬头仰望星空，月亮，星辰，黑暗寂静的夜空在它们的点缀下充满了美丽而浪漫的遐想。可是对于这看似再平常无奇常不过的现象后，你有没有考虑过: 夜晚为什么是黑的？

我们之所以觉得白天明亮耀眼，是因为大气层的折射现象。如果没有大气层，我们仰望天空依旧看到的是黑暗的景象，就和这张在月球上所拍摄的照片类似：

其实早在1826年海恩里希-奥伯斯已经提出，更早的J.P.L 切萨乌也表达过类似的想法。现在科学界俗称“奥伯斯佯谬”。这个问题可以简单的表述为：既然宇宙是无垠的，每个方向也有着无数大大小小的恒星和星系，那么应该不管什么时候，什么方向，什么距离，我们的眼睛终将会接收到的无数缕星光，最终加起来的光度肯定会使的我们看到的夜空像白天一样明亮耀眼。可为何黑夜仍是暗淡无光？

有人提出因为晚上没有太阳，以及光线传播距离太远，还有光线在传播过程中被宇宙中的尘埃，气体等所阻挡或吞噬，所以夜空必定是黑暗的等解释。这看似一眼明了的答案，其实都是站不住脚的。因为晚上即使没有太阳光，也会有各个方向的星光。根据能量守恒定律，即热力学第一定律，能量必定守恒，故此中间的阻挡物会变热，并以电磁波的形式而开始放出辐射，就会导致天上有均匀的辐射，此时温度等于发光体表面的温度，并发光，即和天空中的星体一样亮，然而我们却没有观察到这种现象。

现被科学界所接受的合理的理由是：

宇宙是有着有限的年龄和正在膨胀的且在加速的无限边界（宇宙大爆炸理论)。

下图100亿光年以外宇宙边缘的图像，也是宇宙膨胀的直接证据之一 --哈勃极超深场。在这张只占所见夜空3200万分之一大小的图片里至少包含了5500多个星系，每一个亮点都是一个星系。

宇宙是否膨胀的争论从美国天文学家埃德温哈勃发现第一个河外星系就开始了。 (没错，著名的哈勃望远镜就是以他命名的）

埃德温哈勃

阿尔伯特爱因斯坦

爱因斯坦在1915年发表广义相对论时，为了维持他所谓的‘静态宇宙模型’时，不得不加入了一个“宇宙常数”，后来被爱因斯坦称之为他这一生最大的错误。现在科学界发现宇宙不但在膨胀，而且还在加速膨胀。追溯到137亿年前宇宙大爆炸后，则宇宙的年龄是有限的。在大尺度上都是各向同性，各个方向都是一样的膨胀，并且还在持续中。大尺度上，宇宙边缘的各个星系在以飞快的速度，甚至以超光速在膨胀的空间中远离我们而去。因此光线产生了“红移“，即光线的波长被拉到非常长，长到不在可见光范围之内，而是移到了红外线波段。(注明：因为空间并非是物质，且自身膨胀不携带质量和信息，宇宙膨胀速度是可以超光速的，所以与广义相对论所指出的:光速是一切物质的速度极限这点并不矛盾。) 这样在光速是有限的前提下，我们就只能看到有限年龄的宇宙在有限距离内的恒星所发出的光线，并且来自宇宙边缘之外的星系星光也将永远到不了我们的视线中。所以我们的夜晚就总是暗黑无界了。

以通俗化科普下什么是”红移”

提到红移就不得不提著名的'多普勒效应'，日常生活中我们经常可以见到，一辆迎面疾驰而来呼啸着的救护车的声调越来越高（波长变长），离你远去后声调越来越低（波长变短）的现象。