看似平常的事情,往往隐藏着不同寻常的“秘密”。奥尔伯斯佯谬:为什么夜晚的太空,看过去不全是明亮的。如果宇宙无限大,星系、恒星足够的多,太阳落山后的天空,应该也会被繁星照亮才对。
WilhelmOlbers奥尔伯斯首先,我们先来了解下佯谬这个概念。
佯谬,指用一个理论作为基础,推理并陈述了一个结果,而这个结果却和事实情况不相符。
奥尔伯斯佯谬的理论基础是宇宙中有数不清的恒星等发光体,在地球上看宇宙的每个角落,都应该是有明亮光线的。由此推出,不管是白天还是黑夜,天空应该总是明亮的。
这个推论结果,就和我们实际看到的情况不同,所以这是一个佯谬。其实这种类似的佯谬还有很多,比如:朗之万“双生子”佯谬、费米“外星人”佯谬、麦克斯韦的“妖魔”佯谬、大陵五佯谬、哥德尔弑祖佯谬等等,各个都非常精彩,后续有机会,作者会逐个介绍给大家。
奥尔伯斯是何许人也?
奥尔伯斯(WilhelmOlbers)出生于年(6年前的年,现代避雷针发明者本杰明·富兰克林已经放飞了风筝,证明了闪电是一种放电现象。大名鼎鼎的牛顿爵爷,在31年前的年3月过世),18世纪正是欧洲剧烈变革和发展的时期,涌现了一大批思想家、艺术家、音乐家和科学家,可谓人类群星闪耀。
哥廷根大学夜景一角奥尔伯斯在大学学的专业是医学,年毕业于哥廷根大学医学系(海森堡,普朗克,费米,玻恩,泡利,格林兄弟,海涅,叔本华,歌德,J.P.摩根,季羡林等都是这个哥廷根大学毕业的)。
大学毕业后,奥尔伯斯白天行医,晚上观星,研究天文,还硬生生地把自己的住处改造成了一个天文台。被别人看来,他最多只能算是一个业余天文爱好者的奥尔伯斯,却做出了很多惊人的科学贡献。比如,他研究出了现在还在用的确定彗星轨道的方法,他总共发现了5颗彗星,分别于年和年发现了智神星和灶神星。他的这些贡献,将被永远被载入天文学的史册。
最大的四个小行星有两颗由奥尔伯斯发现为什么夜空漆黑?难道真有什么“黑幕”遮盖宇宙?
美丽的夜空这个问题之所以如此重要,是因为它的答案可以告诉我们宇宙中恒星和星系的分布情况。
无限宇宙中恒星分布示意图和奥尔伯佯谬在左面板中,代表的是三维宇宙中的地球,恒星随机排列在其周围。从一个特定的位置,你可以画出从地球到你视野范围内每一颗恒星的视线。如果宇宙是无限的,并且充满了离地球不同距离的恒星,那么每一条视线都应该落在一颗恒星上。因此,在右边的面板中,你应该可以在投影中看到一个布满星星的夜空。像是我们站在一个森林中央——你往每一个方向看,你的视线都会被树遮挡,如下图所示。
森林的树木总会遮挡你的视线科学家研究表明,恒星的亮度与地球距离的平方成反比,而恒星数量与地球距离的平方成正比。也就是说,距离远的星光亮度降低了,但是星体数量会变多,两者刚好均衡掉,天空最终应该总是均匀充满亮光的。
这就是佯谬的根源。如果宇宙是无限的,充满了星星,所以夜空应该和白天一样明亮。但是当你回顾哈勃超深场的图像时,每个星系之间都有清晰可见的黑暗天空,这表明不是每一条视线都在发光物体上。
哈勃超深场图像是不是恒星分布和星系分布有所不同导致的?研究表明,亮度与距离的平方成反比,数量与距离的平方成正比,也适用于星系。如果你的每一个视线上都有一个星系,那么夜空也会是明亮的。
宇宙中是否有足够的尘埃阻挡我们对某些恒星或星系的视线?是的,但是如果宇宙是无限的,并且有无限多的恒星和星系,根据热力学第一定律,能量守恒,这些天体发出的光会加热尘埃,使其发光,也足以照亮夜空。
为什么夜空像是被“黑幕”遮上了?
解释奥尔伯斯佯谬的几种理论:
1、恒星(或星系)的数量也就是有限的;
2、星星在远离地球运动,谱线红移,以致光亮变暗;
3、宇宙太大了,光没有足够的时间从最遥远的恒星到达我们眼中。
第一种解释有不足的地方,哈勃空间望远镜对准夜空中最黑暗的区域,长时间成像观察,会发现密密麻麻的发光星体,恒星数量多到数不清,足以铺满天空,照亮夜空。
红移现象是一个可能的原因,红移的结果星光能量降低变暗,进而向红外线、微波转变,所以我们看不到很远的星光,因为他们经过红移之后都太暗了。
红移示意图第三种是能比较完美解释奥尔伯斯佯谬的。宇宙是无限的,空间也是无限的,但是宇宙是有年龄的——.2亿年。这个年龄意味着光可以传播的时间是有限的(.2亿年),相对论告诉我们,信息传递速度不可以超过光速,我们看到的星光其实也算是一种信息。
宇宙膨胀的尺寸(最新研究表明,宇宙直径可能已经达到了约亿光年),已经远远超过了光能走的距离。
我们都是星辰的孩子所以,我们看不到明亮如昼的夜空,不是宇宙有“黑幕”遮住了我们的眼,而是,我们需要让光再飞“一会”。随着宇宙的持续膨胀,这个“一会”可能是一个永恒。
夜晚映在眼中的某缕星光,在它们刚出发的时候,可能还没有人类,这种跨越光年的相遇是多么神奇。你我身上的元素,在数亿年前的星光中诞生,我们其实都是星辰的孩子。在我们懂事之前,星辰已经孕育了我们亿万年!