为何宇宙总是漆黑一片?看似简单 却隐藏着大秘密

原标题:为何宇宙总是漆黑一片?看似简单 却隐藏着宇宙的大秘密

FacebookPrintFont Size繁体

【新唐人北京时间2020年10月28日讯】天气好的时候,每到夜晚都可以看到天上的星辰闪烁,这些天上的星宿在人类文明的发展中有着重要的地位,很多神话传说都和天上的星辰有关。但是随着人类科技的发展,日益严重的污染让我们在夜晚可以看到的星辰越来越少。

科学的发展对人类社会物质发展起到了很大的帮助,但是也带了不小的弊端。比如在城市中的夜晚,几乎看不到天上星星的,人类肉眼可见的星辰基本都是恒星,这些恒星的寿命都很长,不可能突然消失。

虽然宇宙中布满了恒星,可是,你有没有想过这样一个问题:为什么宇宙看上去总是漆黑一片?

这个看似简单的问题,却隐藏着宇宙的大秘密,在200年前,这是一个难以解释的谜题,它困扰了科学家数百年才有答案。

1823年,德国天文学家海因里希.奥伯斯(Heinrich Olbers)提出了著名的“奥伯斯佯谬”,他指出既然宇宙是无限的,并且还拥有无穷无尽的能够发光的恒星,那么我们无论向宇宙中的哪个地方看,都可以看到无数的星光汇集而来,因此宇宙应该是明亮的,但我们观测到的现象却恰恰相反。

海因里希.奥伯斯(public domain)

著名作家埃德加爱伦坡也提出了类似的想法:

星星是连续不尽的,然后背景的天空将呈现一致的光亮,就像银河所显示的——因为不会有绝对的点,在那所有的背景中,星星将不复存在。因此,在那些,在这样的事态下,唯一的模式,我们可以体会到我们的望远镜在无数的方向上发现空隙,将假设无形的背景,因为距离的遥远,光芒从未能到达我们。

埃德加爱伦坡(public domain)

对于这个问题,奥伯斯自己的解释是,宇宙中存在气体和尘埃,阻挡了光线,所以不是所有星星的光都能到达地球。但是,这不是一个有效的解释。气体和尘埃吸收了能量以后,会以电磁波的形式辐射出能量。在无限星体和无限空间的前提下,这些辐射还是会让宇宙变得明亮。然而,夜空或者说太空是黑色的。至少说明:一、宇宙中可能没有无限的星体,或者二、宇宙不是永恒的。

宇宙空间可能是无限的,但是有星体的地方却只是我们周围有限的空间。这样,如果你看的足够远,你就会看到没有星体的黑暗虚空。然而用于描述宇宙大爆炸的暴涨理论表明,宇宙空间各处密度是均衡的;宇宙的几何结构是平坦的。这意味着1)宇宙是一个无限的空间,2)宇宙中有无限的星体。而对宇宙的观察也表明,这很可能是正确的。

那么太空的黑暗是不是因为宇宙的年龄是有限的呢?宇宙从大爆炸到现在大约137亿年。那么距离我们137亿光年以外的星体发出的光还在路上,没有到达我们。也许如果我们等得足够久,它们的光就会到达地球,让我们的夜空亮如白昼。然而,这也是不可能的,这是因为宇宙空间每一处都在膨胀。

空间膨胀是均匀的,就是说每一处膨胀的速度是一样的,但是膨胀的效果是叠加的。距离我们越远的地方,离我们的距离增加的越多,这个叠加效果是惊人的。不难算出,离我们足够远的地方,空间远离我们的速度超过了光速。你没有看错,我是说超过了光速。相对论告诉我们任何物体都不能以超过光速的速度在空间中运动,但是没有说空间本身不能超过光速。这个事实的后果是:在这部分空间里的星体发出的光永远不能到达我们。我们等得再久,夜空也不会亮如白昼。

由于空间的膨胀,我们的可视宇宙范围也在膨胀。现在的可视宇宙半径也是大于137亿光年的(466亿光年)。随着空间膨胀,我们可以看到的宇宙范围也在增大。但是,边界之外的宇宙也在以更快的速度远离。大部分的宇宙我们是永远看不到的,当然也永远无法到达。由于光速的限制,我们被困在一个有限的空间内,无法得知外面的宇宙是什么样子。这是不是很像黑洞视界的概念。实际上,这也是一种视界,和黑洞正好相反。黑洞是光线永远出不去,而我们的可视宇宙是光线永远进不来。

宇宙为什么是黑的?这个问题直接打破了人类固有的宇宙观念,当时科学家普遍认为,宇宙是“稳定”“静止”“均匀”“无限”的,就连爱因斯坦也是这个宇宙观的支持者,直到哈勃定律被证实后,爱因斯坦才放弃了这种宇宙观。

奥伯斯佯谬直指宇宙的本质,如果宇宙真的和当时科学家认为的一样,那么宇宙中无限多的恒星应该挤满整个天空,人类向天空中的任何一个方向看去,都应该可以看到密密麻麻的恒星,可是人类放眼望去,可以看到的恒星十分稀少,这足以证明宇宙并不是稳定静止的稳恒态。

在当时宇宙是“稳定态”的观念深入人心,人们更愿意接受宇宙没有终点也没有起点,也更容易信任一个无法解释的宇宙存在。而奥伯斯佯谬打破了这个美梦,众多科学家思考了很多办法,都无法很好的解释这个问题。

如果宇宙永恒存在,那么这些在无限遥远的时间前就开始释放光芒的恒星,应该已经把整个宇宙照亮,但是地球上的夜晚仍然是黑暗的,这就足以证明,宇宙并不是永恒存在的,而是拥有一个确定的“年龄”,同时大部分光线发生了红移。什么是红移?就在可视宇宙范围内,虽然光可以到达地球,但已经不是可见光了。空间膨胀把可见光的波长拉长了,相应的降低了频率。这种现象叫红移,光红移成了红外线或频率更低的微波。

宇宙微波(public domain)

奥伯斯佯谬的出现代表着人类宇宙学的崛起,“稳恒态”宇宙观被打破,科学家开始思考宇宙大爆炸理论的可能性,直到宇宙大爆炸被证实,我们才距离宇宙的本质更近了一步。

“宇宙为什么是黑色的?”,这个问题看似简单,却一直没有科学家去思考这个现象背后隐藏的信息,有些时候,越是简单的问题就越难以解释。所以,宇宙对于人类来说,也许永远都是未解之谜

(转自希望之声国际广播电台/转载责任编辑:叶萍)

相关文章
评论