地球能接收太陽光,為什麼地球和太陽之間的宇宙卻是一片漆黑?

网瘾少女 2022/10/28 檢舉 我要評論

蘋果成熟落地的道理,相信每個果農都比牛頓更懂,然而發現萬有引力的卻是牛頓。

今天我們要討論的,也是一個司空見慣的生活現象: 夜晚的天空為什麼是一片漆黑呢?

有的朋友可能會說,太陽下山了,可不天就黑了嗎?

可你想過沒有,浩瀚的宇宙中可是布滿了各種各樣閃爍發光的恒星的。如果宇宙無限大且靜止穩定的話,我們無論朝哪個方向看去,都應該能看到無數顆恒星,就算恒星距離我們再遠、恒星發出的光再微弱, 這麼多恒星共同發出的光,難道還不能把我們夜晚的天空照亮嗎?

天文學家們的爭論不休

這個看似幼稚實則深奧的問題,很早以前就引發了天文學家的關注。最早是在1610年,著名德國天文學家開普勒就已經察覺到了不對勁。

然而在他那個年代,天文學和占星術都還沒有完全的分離,更不要提大規模的觀測和研究了。所以雖然開普勒在天文學上做出了杰出的貢獻,并且開創了天體物理學,但對于「夜晚天空為什麼是黑的」這個問題,他也很難給出解釋。

直到200多年后,德國天文學家奧伯斯于1826年首次提出了奧伯斯佯謬(奧伯斯悖論),他認為: 如果宇宙真的是穩定的、無限大的,且在時空上處于平直的,那麼上面應該均勻分布著同樣的發光體。

由于發光體的照度與距離的平方成反比,而一定距離上球殼內的發光體數目和距離的平方成正比,因此就算這些發光體距離地球的距離有遠有近,總的光芒也應該能把黑夜的天空照到無限亮。

奧伯斯佯謬提出之后立刻引起了天文學界的廣泛關注。起初有不少天文學家解釋說道:那是因為 宇宙中存在著大量的氣體和塵埃,來自遙遠恒星的光芒在到達地球前都被它們吸收了,所以我們的夜晚才是黑的。

然而這種說法很難讓人信服,因為如果宇宙恒星的總光度無限大的話,就算星際物質會吸收恒星的光芒,它也會因為這些光芒所帶來的能量而變熱發光的,而不是把光芒完全吞噬了,因此還是會得出夜晚應該是明亮的結論, 這與事實完全不符。

就這樣,天文學家爭論了小一個世紀也沒什麼結論。直到1915年愛因斯坦的廣義相對論發表,才讓人們看到了一絲解決問題的曙光。

廣義相對論里提到: 物質因為其自身質量會扭曲時空,而扭曲的時空又在某種程度上會影響物質和能量的分布

而且剛好這一年美國天文學家斯里弗發現,大多數銀河系外的星系光譜線都偏離了正常位置,而在向紅端位移。這說明什麼問題呢?

我們生活中都有這樣的經驗,當高鐵列車朝我們迎面駛來時,我們會發現列車的警笛聲變得越來越尖,反之當列車遠離我們時,笛聲反而會變得低沉。這就是奧地利物理學家多普勒發現的多普勒效應。

多普勒效應也適用于光波,當光源遠離觀測者時,光波頻率變低,波長變長,也就產生了光譜線上的紅移現象,而這一發現恰恰說明,河外星系都在遠離我們而去。

宇宙在膨脹,光追不上宇宙膨脹的速度?

1922年,俄國物理學家弗里德曼根據斯里弗德發現大膽推測,如果根據廣義相對論再結合紅移現象來推算的話, 宇宙的大小并非一成不變的,而是會膨脹收縮的,現在的宇宙正處不斷膨脹的時期。

然而他的這一理論立刻遭到了當時天文學家的批判,因為那時候包括愛因斯坦本人在內,都認為宇宙是靜止不動的,愛因斯坦甚至為了讓自己方程式中的宇宙維持靜止,還特意引入了一項宇宙常數。說宇宙會膨脹收縮,這不是跟主流科學對著干麼?

然而1929年,美國天文學家哈勃卻通過實踐觀測告訴人們,即使是愛因斯坦也會犯錯,弗里德曼的推測完全正確!

哈勃不僅觀測到四面八方的星系都在遠離我們,而且還計算出了星系的距離與紅移量的大小成正比,也就是說 離我們越遠的星系,遠離我們的速度越快,而宇宙正在向四面八方膨脹

這就是著名的哈勃定律。這個發現可以說是重重打了愛因斯坦一記耳光,不過愛因斯坦倒是很爽快,立刻承認引入宇宙常數是一個極其愚蠢的錯誤。畢竟向真理低頭是一件快樂的事情,從此動態的宇宙觀也開始為人接受。

既然宇宙是在不斷膨脹的,離我們越遠的星系,紅移越大,發出的光芒越弱,所以遙遠星系發出的光芒很可能沒有到達地球前,能量就已經為零了,所以我們的夜空才會整體上呈現出黑色。

然而你以為問題就這樣完美地解決了麼?好了,既然天文學家說宇宙是膨脹的,那又產生了一系列的新問題:

宇宙是什麼時候開始膨脹的?

造成膨脹的原因又是什麼?

有沒有可能會收縮呢?

……

這一系列的問題可以說是問的天文學家啞口無言。

為了避開這些問題,美國天文學家又提出了一種新的假說,說我們的夜空之所以是黑的啊,是因為我們看到的是宇宙誕生之前的狀態。

你想啊,光傳播速度再快,它也是有限的,每秒鐘30萬公里,宇宙那麼大呢,光從誕生到傳遞也需要一定的時間。我們現在看到的恒星和宇宙,其實都不是它們現在的狀態。

就算離我們最近的太陽,我們看到的也不過是它8分鐘之前的樣子。更不要說離我們更遠的那些恒星了。所以我們現在看到的夜空是恒星和宇宙誕生時的狀態,它們的光還沒有到達地球呢,所以夜晚是一片漆黑。

不過這種說法也有很大的漏洞,因為誰也說不清宇宙是怎麼形成的,怎麼就演化成了今天這個樣子。

當然了,任何假說的提出背后都有其不完美的地方,都需要進一步的觀察、研究、取證。而關于夜晚天空的問題我相信科學家們還會繼續研究下去。

而在這個過程中,必然會遇到來自權威的挑戰,必然也會出現很多顛覆我們傳統認知的發現和理論。科學家們都應該有弗里德曼和哈勃的這種精神,敢于用事實去顛覆傳統,敢于發表自己的疑惑和簡介,畢竟權威和傳統未必就是真理,只有不斷地提問,不斷探索,不斷地觀測研究,才能找到最終解決問題的答案。

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