既然宇宙中有这么多恒星,为什么夜空没被照亮?

 

既然宇宙中有这么多恒星,为什么夜空没被照亮?

每天,当太阳向西移动时,它会拖着周围的蓝色天空带和它一起移动。当这个蓝色带向西滑动时,东方正逐渐暴露于外太空的黑暗中。太空可能是黑暗的,但它不是空的。夜空中有无数的星星,也许比我们的太阳还要亮,太阳周围环绕着未知世界。

我们的星系中有大约2000亿颗恒星,在可观测宇宙中有至少1000亿个星系!如果天空每晚都暴露在像太阳一样明亮的无限恒星下,为什么夜空如此黑暗?

这个问题自古以来就困扰着我们,并且在不到一个世纪以前才解决。

斯蒂芬•霍金分析了为什么我们做对我们日常生活不起作用的发现,他认为人类对知识的最深切渴望就是足够的理由继续探索。我们的目标是对我们所生活的宇宙做一个完整描述。

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我们的探索始于亚里士多德,他相信所有的恒星,包括太阳,月亮和太阳系中的所有行星都以同心圆围绕地球旋转。然而,希腊人注意到许多恒星似乎是固定的,不管从哪个方向看,它们似乎都没有移动。托勒密在一个模型中总结了这一观点,除了固定恒星的厚外层,每一个天体都围绕着地球旋转。

然而,尽管这种模型看起来很好,但它无法使预测的行星轨迹与实际观测到的轨迹一致。哥白尼模型可以使预测和观测一致。他只是简单地认为,是地球和行星围绕太阳旋转。为了避免被诋毁为异教徒,哥白尼匿名发表了自己的观点。

当伽利略观察到围绕木星旋转的一组卫星时,他的模型得到了证实。然而,令开普勒失望的是,行星并没有以完美的圆形绕着太阳旋转,而是以一个稍微长的圆或椭圆。除此之外,他发现将太阳和行星结合在一起的吸引力,并不是像他预测的那样,是磁性的。

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众所周知,这种力是引力。引力理论首先是由牛顿在他的《数学原理》中提出的,这可能是物理科学史上最伟大的成就。最后,哥白尼模型完全取代了托勒密的模型,但牛顿仍然被固定恒星的静止所困扰。如果引力迫使巨大天体去吸引,为什么它们不相互靠近?事实上,如果恒星的数量是有限的,难道它们在某一点上不会落在一起吗?

牛顿认为,如果存在无限数量的恒星均匀分布在无限太空中,就不会是这样。现在,因为每一颗恒星都被无限的恒星包围着,就没有中心点可以落入。然而,德国哲学家海因里希•奥尔伯斯反对说,如果宇宙确实是由无限的恒星组成,那么地球表面的每一个视线都应该在一个恒星表面结束。这将使整个天空,在白天和黑夜,都变得和太阳一样明亮。奥尔伯斯推测,我们和恒星之间的物质可以吸收它们的光,阻止光到达我们。然而,如此多的热量和光线会把中间物质加热,使其变得炽热发光。亮度会变得相当复杂。那么,为什么不是这样呢?

奇怪的是,每一个在20世纪之前生活的天文学家,都在理论上建立了一种新的模型或者改进了旧的模型,本质上是基于一个微妙而又非常关键的假设——宇宙是静态的。牛顿相信宇宙是永远处于一个不变的状态。他相信静态的宇宙中,居住者从一开始就存在。

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如果夜空暴露于无限的恒星下,这些恒星不能像太阳一样明亮,这是一个并非永远闪耀的恒星,而是在过去某段有限时间突然存在的。在这个场景中,夜空黑暗是因为新生恒星发出的光没有到达我们或者中间物质没有充分加热。

然而,恒星突然存在迫使我们好奇是什么事件导致了这种存在?是什么引起了那些导致恒星突然存在的事件?你可以追溯到问题的主要原因。事实上,宇宙确实有主要原因。它被称为宇宙大爆炸,发生在137亿年前。更让人吃惊的是,自从它诞生以来,宇宙就没有停止生长。

爱德文•哈勃是历史上最著名的天文学家之一,在1929年,他观察到无论看哪里,遥远的星系都正以惊人的速度远离我们。他做了一个革命性的观察结论,认为宇宙在膨胀!随后,我们通过将膨胀追溯到一个点来计算它的年龄,这个无限密度的点突然出现并膨胀到我们今天观察到的浩瀚宇宙。斯蒂芬•霍金认为这可能是现代宇宙学中最引人注目的发现。

既然宇宙中有这么多恒星,为什么夜空没被照亮?

​随着宇宙继续膨胀,遥远的恒星和星系离我们越来越远。光可能是宇宙中速度最快的东西,但它的速度仍然是有限的。一百万光年外的恒星发出的光将需要一百万年的时间才能到达我们这里。因此,我们所观察到的并不是现在的恒星,而是百万年前存在的恒星。也许它已经死了,但我们只会在百万年之后才知道。

此外,随着恒星远离,光的能量也会减少。大爆炸时发出的光波长逐渐从伽玛射线延伸到微波。这一发现促使物理学家们预感,我们的探索可能会冷酷地结束。我们观察到的恒星是可见的,因为它们既没有过度远离,使得发射的光波长超出可见范围,也没有过度明亮到超出范围。

然而,随着宇宙继续膨胀,这代人所研究的恒星将会逐渐消退的非常远,后世的天文工具将会像盲人眼镜一样有用。目前,我们生活在天文学的“黄金时代”,如果我们想知道为什么我们在这里,我们来自哪里,现在似乎是最好的时机。

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