宇宙中無數的恆星散發著屬於他們的光芒,可為何夜晚並不亮如白晝

問:我想知道為何夜晚沒有白日那麼明亮。宇宙中的恆星無時無刻不在散發熱量,這種熱量必須去往某個地方。而通常光熱相伴相隨,這種熱量無法逃離宇宙,所以熱量也就無時無刻不在加熱著宇宙。因此夜空應該像白天一樣明亮。(我先假設100多億年足以加熱宇宙。)

你偶然發現了一個名為“奧爾貝斯 (Olbers)悖論”的著名問題,在下文中,你將會發現這個問題的解決方式令人驚訝。

宇宙中無數的恆星散發著屬於他們的光芒,可為何夜晚並不亮如白晝

從您的思路來回答這個問題,那麼我想我會告訴你說:“一百億年絕不足以加熱整個宇宙。”更確切地說,宇宙實際上也僅有一百三十億年的歷史,這意味著一顆恆星只能加熱它方圓一百三十億光年的空間。再遠一點的地方,光還沒有足夠的時間到達那裡。因此,當我們抬頭觀察夜空時,我們只能看到我們距我們一百三十億光年以內的恆星所發出的光線,而這個範圍內的所有恆星所產生的光的總量並不足以使夜空明如白晝。

宇宙中無數的恆星散發著屬於他們的光芒,可為何夜晚並不亮如白晝

圖解:奧伯斯佯謬指出,穩態宇宙下的夜空理應是一片光亮的。

通過對奧爾貝斯悖論的更詳細描述,你可以得出這樣的結論,假如宇宙1、足夠大,以至於你的視線盡頭總能到達一顆恆星。2、壽命趨近於無窮大。3、雖然足夠大但大小恆定,並不會膨脹。4、在滿足以上條件後,那麼夜空將耀眼如烈日中天。

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宇宙中無數的恆星散發著屬於他們的光芒,可為何夜晚並不亮如白晝

圖解:在宇宙為穩態且無窮大,恆星都均勻分佈其中的假設下,宇宙中有無窮多個發光星體,理論上足以將夜空照亮至比上圖亮上許多的程度。但事實上我們見到的夜空反而如下圖所示,除了較明亮的星體外近乎一片漆黑。

因此,對於黑暗夜空的簡單觀察可以讓我們得出以下真理:宇宙不可能無窮大、有用無窮的壽命並且靜止而不膨脹。許多人曾認為宇宙就如同我們假設的那樣,可實際上,要說服他們自己,只需要去思考一個簡單的問題,就像每個孩童都會好奇的那樣:“為什麼夜晚的天空是黑暗的。”有句老話是這樣說的:這個世界上沒有愚蠢的問題。

宇宙中無數的恆星散發著屬於他們的光芒,可為何夜晚並不亮如白晝

事實證明,我們仍然不知道宇宙是否無限大,但是我們確實掌握了宇宙的年齡,並且我們知道宇宙正在膨脹,而在這兩者之中,宇宙有限的年齡為奧爾貝斯悖論提供了有力的解釋。

我在《紐約時報》上讀了一篇有趣的文章,說第一位知道解釋奧爾貝斯悖論的人是詩人埃德加·愛倫·坡!愛倫坡在其被廣泛遺忘的散文詩《尤里卡》(1848年出版)中寫道:

宇宙中無數的恆星散發著屬於他們的光芒,可為何夜晚並不亮如白晝

圖解:四個同心殼的方形截面視圖

如果恆星連續不斷地發光,那麼天空的背景將向我們呈現出均勻的亮度,就像銀河系所展示給我們的那樣,因為在夜幕之下,將沒有任何一點不存在恆星。因此,在這種情況下,我們要去理解望遠鏡在無數方向上會看到黑暗環境的唯一方式,就是通過去假設宇宙的距離如此之大,以至於尚有光線沒有到達我們目光所及的範圍。

這聽起來比我試圖解釋得要好,不是嗎?

宇宙中無數的恆星散發著屬於他們的光芒,可為何夜晚並不亮如白晝

相關知識延伸閱讀

奧伯斯佯謬又稱奧伯斯弔詭、黑夜佯謬或光度佯謬,是由德國天文學家奧伯斯於1823年提出,於1826年修訂,指若宇宙是穩恆態而且無限的,則晚上應該是光亮而不是黑暗的。在此之前,類似的想法已由開普勒於1610年提出,後來於18世紀愛德蒙·哈雷及契蘇(Jean-Philippe de Cheseaux)等天文學家的研究中逐漸成熟。漆黑一片的夜空印證了宇宙並非穩恆態的,是大爆炸理論的證據之一。

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. astro-治於神-Dave Rothstein

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