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  • 夜空为什么是黑的,简单问题蕴含宇宙大道理

    为什么夜空至少不像太阳表面那样亮的均匀呢?如果宇宙有无数多的恒星,那么或许会这样。毕竟,如果你把太阳移到离我们两倍远的地方,我们将截获四分之一的光子,但是太阳与天空背景的角面积现在也将下降到原来的四分之一。所以它的面积强度保持不变。在恒星无限多的情况下,天空背景下的每一个点都应该有一颗恒星,整个天空至少应该像颗普通恒星,例如太阳一般亮。

    夜空为什么是黑的,简单问题蕴含宇宙大道理

    我们用“至少同样明亮”是因为如此明亮的宇宙中的恒星会开始从它们的邻居那里吸收热量,而当恒星被加热时究竟会发生什么是热力学和核理论的技术问题。我们不期望这样的恒星能冷却下来,但也不希望他们无限地升温。奥尔伯斯悖论起源于物理学家发展恒星发光核理论之前;因此,它从不关心恒星可能有多老,以及它们的能量交换细节如何影响它们的亮度。

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    图解 : 在宇宙为稳态且无穷大,恒星都均匀分布其中的假设下,宇宙中有无穷多个发光星体,理论上足以将夜空照亮至比上图亮上许多的程度。但事实上我们见到的夜空反而如下图所示,除了较明亮的星体外近乎一片漆黑。

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    夜空至少没有太阳同样明亮这一事实被叫做奥尔伯斯悖论。这能追溯到1610年的开普勒,并且在18世纪被哈雷和切索(Cheseaux)重新讨论了;但直到19世纪奥尔伯斯开始讨论这个问题,它才作为一个悖论而被普及。

    夜空为什么是黑的,简单问题蕴含宇宙大道理

    图解:奥伯斯佯谬指出,稳态宇宙下的夜空理应是一片光亮的。

    有许多可能的解释已经被讨论过了,这里有几个:

    有太多灰尘以至于看不到远处的星。

    宇宙只有有限数量的恒星。

    恒星的分布不是均匀的,所以,比如说这里有无限多颗星,但是他们一个藏在一个后面,所以只有有限的角面积被它们所覆盖。

    宇宙在膨胀,因此,遥远的恒星会被红移成朦胧。

    宇宙还很年轻,远处的光还未到达我们这儿。

    夜空为什么是黑的,简单问题蕴含宇宙大道理

    第一个解释是完全错误的,在一个黑体里灰尘也会被加热。它确实起到辐射屏蔽的作用,指数倍地减弱了遥远的星光,但你不能把足够多的尘埃放进宇宙里以除去足够多的星光,同时又不遮住我们的太阳,座椅这个主意不好。

    第二个解释的前提在技术上可能是正确的,但即使恒星的数量可能有限,仍然足够多来点亮整个天空。也就是说,宇宙中发光物质的总量太大,不允许这种逃逸。恒星的数量接近无穷大可以来点亮天空。第三种解释可能是部分正确的,只是我们不知道。如果恒星是分形分布的,那么可能会有大片的空白空间,除了在很小的区域外,天空可能看起来很暗。

    夜空为什么是黑的,简单问题蕴含宇宙大道理

    但是最后两种解释肯定都是正确的,并且是部分原因。有数据论证表明宇宙有限的年龄影响很大。我们生活在一个“可观测宇宙”的球壳里,这个宇宙的半径和寿命相等,超过1370万年前(最新数据)的物体上的光离的太远,将不会到达我们这里。

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    历史上,在哈勃发现宇宙正在膨胀之后,大爆炸被宇宙背景辐射的发现牢固确立之前,奥尔伯斯悖论被提出作为狭义相对论的证明,你需要红移才能摆脱星光。这种影响当然有用,但宇宙的有限年龄是最重要的影响。

    参考资料

    1.WJ百科全书

    2.天文学名词

    3. 赵丁丁- math

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