爲何宇宙總是漆黑一片?看似簡單 卻隱藏著大祕密

原標題:爲何宇宙總是漆黑一片?看似簡單 卻隱藏著宇宙的大祕密

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【新唐人北京時間2020年10月28日訊】天氣好的時候,每到夜晚都可以看到天上的星辰閃爍,這些天上的星宿在人類文明的發展中有著重要的地位,很多神話傳說都和天上的星辰有關。但是隨著人類科技的發展,日益嚴重的污染讓我們在夜晚可以看到的星辰越來越少。

科學的發展對人類社會物質發展起到了很大的幫助,但是也帶了不小的弊端。比如在城市中的夜晚,幾乎看不到天上星星的,人類肉眼可見的星辰基本都是恆星,這些恆星的壽命都很長,不可能突然消失。

雖然宇宙中佈滿了恆星,可是,你有沒有想過這樣一個問題:爲什麼宇宙看上去總是漆黑一片?

這個看似簡單的問題,卻隱藏著宇宙的大祕密,在200年前,這是一個難以解釋的謎題,它困擾了科學家數百年纔有答案。

1823年,德國天文學家海因裡希.奧伯斯(Heinrich Olbers)提出了著名的「奧伯斯佯謬」,他指出既然宇宙是無限的,並且還擁有無窮無盡的能夠發光的恆星,那麼我們無論向宇宙中的哪個地方看,都可以看到無數的星光彙集而來,因此宇宙應該是明亮的,但我們觀測到的現象卻恰恰相反。

海因裡希.奧伯斯(public domain)

著名作家埃德加愛倫坡也提出了類似的想法:

星星是連續不盡的,然後背景的天空將呈現一致的光亮,就像銀河所顯示的——因爲不會有絕對的點,在那所有的背景中,星星將不復存在。因此,在那些,在這樣的事態下,唯一的模式,我們可以體會到我們的望遠鏡在無數的方向上發現空隙,將假設無形的背景,因爲距離的遙遠,光芒從未能到達我們。

埃德加愛倫坡(public domain)

對於這個問題,奧伯斯自己的解釋是,宇宙中存在氣體和塵埃,阻擋了光線,所以不是所有星星的光都能到達地球。但是,這不是一個有效的解釋。氣體和塵埃吸收了能量以後,會以電磁波的形式輻射出能量。在無限星體和無限空間的前提下,這些輻射還是會讓宇宙變得明亮。然而,夜空或者說太空是黑色的。至少說明:一、宇宙中可能沒有無限的星體,或者二、宇宙不是永恆的。

宇宙空間可能是無限的,但是有星體的地方卻只是我們周圍有限的空間。這樣,如果你看的足夠遠,你就會看到沒有星體的黑暗虛空。然而用於描述宇宙大爆炸的暴漲理論表明,宇宙空間各處密度是均衡的;宇宙的幾何結構是平坦的。這意味著1)宇宙是一個無限的空間,2)宇宙中有無限的星體。而對宇宙的觀察也表明,這很可能是正確的。

那麼太空的黑暗是不是因爲宇宙的年齡是有限的呢?宇宙從大爆炸到現在大約137億年。那麼距離我們137億光年以外的星體發出的光還在路上,沒有到達我們。也許如果我們等得足夠久,它們的光就會到達地球,讓我們的夜空亮如白晝。然而,這也是不可能的,這是因爲宇宙空間每一處都在膨脹。

空間膨脹是均勻的,就是說每一處膨脹的速度是一樣的,但是膨脹的效果是疊加的。距離我們越遠的地方,離我們的距離增加的越多,這個疊加效果是驚人的。不難算出,離我們足夠遠的地方,空間遠離我們的速度超過了光速。你沒有看錯,我是說超過了光速。相對論告訴我們任何物體都不能以超過光速的速度在空間中運動,但是沒有說空間本身不能超過光速。這個事實的後果是:在這部分空間裡的星體發出的光永遠不能到達我們。我們等得再久,夜空也不會亮如白晝。

由於空間的膨脹,我們的可視宇宙範圍也在膨脹。現在的可視宇宙半徑也是大於137億光年的(466億光年)。隨著空間膨脹,我們可以看到的宇宙範圍也在增大。但是,邊界之外的宇宙也在以更快的速度遠離。大部分的宇宙我們是永遠看不到的,當然也永遠無法到達。由於光速的限制,我們被困在一個有限的空間內,無法得知外面的宇宙是什麼樣子。這是不是很像黑洞視界的概念。實際上,這也是一種視界,和黑洞正好相反。黑洞是光線永遠出不去,而我們的可視宇宙是光線永遠進不來。

宇宙爲什麼是黑的?這個問題直接打破了人類固有的宇宙觀念,當時科學家普遍認爲,宇宙是「穩定」「靜止」「均勻」「無限」的,就連愛因斯坦也是這個宇宙觀的支持者,直到哈勃定律被證實後,愛因斯坦才放棄了這種宇宙觀。

奧伯斯佯謬直指宇宙的本質,如果宇宙真的和當時科學家認爲的一樣,那麼宇宙中無限多的恆星應該擠滿整個天空,人類向天空中的任何一個方向看去,都應該可以看到密密麻麻的恆星,可是人類放眼望去,可以看到的恆星十分稀少,這足以證明宇宙並不是穩定靜止的穩恆態。

在當時宇宙是「穩定態」的觀念深入人心,人們更願意接受宇宙沒有終點也沒有起點,也更容易信任一個無法解釋的宇宙存在。而奧伯斯佯謬打破了這個美夢,衆多科學家思考了很多辦法,都無法很好的解釋這個問題。

如果宇宙永恆存在,那麼這些在無限遙遠的時間前就開始釋放光芒的恆星,應該已經把整個宇宙照亮,但是地球上的夜晚仍然是黑暗的,這就足以證明,宇宙並不是永恆存在的,而是擁有一個確定的「年齡」,同時大部分光線發生了紅移。什麼是紅移?就在可視宇宙範圍內,雖然光可以到達地球,但已經不是可見光了。空間膨脹把可見光的波長拉長了,相應的降低了頻率。這種現象叫紅移,光紅移成了紅外線或頻率更低的微波。

宇宙微波(public domain)

奧伯斯佯謬的出現代表著人類宇宙學的崛起,「穩恆態」宇宙觀被打破,科學家開始思考宇宙大爆炸理論的可能性,直到宇宙大爆炸被證實,我們才距離宇宙的本質更近了一步。

「宇宙爲什麼是黑色的?」,這個問題看似簡單,卻一直沒有科學家去思考這個現象背後隱藏的信息,有些時候,越是簡單的問題就越難以解釋。所以,宇宙對於人類來說,也許永遠都是未解之謎

(轉自希望之聲國際廣播電台/轉載責任編輯:葉萍)

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