哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實

小時候,或許很多人都曾問過大人們一個問題:天空為什么是藍色的?而大人們給出的答案通常也是千奇百怪的。
哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實
文章插圖
事實上,藍色并不是天空本身固有的顏色,它只是陽光照射地球大氣層后,大氣散射了陽光所呈現出的顏色。
當太陽落山,夜幕籠罩大地,靜謐的星空悄然浮現在頭頂,一個新的問題又出現了:宇宙為什么是黑色的呢?
哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實
文章插圖
事實上,你肯定不是第一個問這個問題的人,因為古人對黑夜一直有著另類的好奇和恐懼,而這種復雜的感情在神話故事中體現得淋漓盡致。
在希臘神話中,有一位名為尼克斯的“司夜女神”,誕生于混沌的她擁有無窮神力,甚至都讓眾神之王宙斯感到戰栗。
哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實
文章插圖
當然,這種恐懼并未讓人們停止對于黑夜的探索,反而更激發了人類好奇心和求知欲。
18世紀,天文學家愛德蒙·哈雷在研究自己的宇宙模型時發現,如果宇宙是均勻且無限的,那么夜晚應該是明亮的才對,所以他認為宇宙的“黑”,一定是有原因的。
哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實
文章插圖
遺憾的是,哈雷一直到去世都沒有找到問題答案,因為在當時的歐洲,人們普遍認為宇宙是靜止的、無限的。
1823年,德國天文學家海因里希·奧伯斯總結并歸納了前人理論和猜想,正式提出了著名的“奧伯斯佯謬”,即宇宙若是靜態且無限的,那晚上就應該是跟白天一樣而不是黑暗的,因為宇宙中有無數發光的恒星,這些恒星發出的光芒總會達到地球被我們看到。
哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實
文章插圖
或許很多人會認為這算哪門子的悖論?宇宙黑暗才是正常的啊,因為宇宙中雖然有極多的恒星,但在龐大的距離尺度下,這一個個發光恒星就如同漂浮在大海上的微弱燭火,怎么可能會照亮全部呢?
更何況,宇宙中并不是空無一物,還有大片的宇宙塵埃分散四處,大部分可見光應該都被它們遮擋吸收了,即便沒有全部吸收也吸收了大半,這才導致出現了漆黑的夜空。
哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實
文章插圖
事實真的是這樣嗎?
這種猜想可能聽著很有道理,但其實一點也不符合實際的觀測情況。按照熱力學第一定律,光在被物質吸收之后,又會以能量的方式被釋放出來,不存在絕對意義上的吸收。
因此,如果本該照亮地球夜空的光真的被塵埃吸收了,那么完全能夠通過儀器觀察到塵埃輻射出的能量。
哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實
文章插圖
既然不是因為光線被阻擋,那為什么夜空不是亮如白晝呢?“奧伯斯佯謬”該如何解釋呢?
在19和20世紀,針對“奧伯斯佯謬”的解釋主要基于兩大研究發現。
哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實
文章插圖
第一個研究發現是宇宙的年齡是有限的,這使得光不能在有限的時間里穿越無限的空間。
第二個研究發現是多普勒效應,即物體輻射的波長會因為觀測者和波源的相對運動產生變化。
哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實
文章插圖
多普勒效應的發現,證明了遠方星球的光在不斷遠離我們,同時也打破了宇宙靜止不變的固有思想。
雖然這兩個發現能夠完美解釋“奧伯斯佯謬”,但也因此出現了一些讓人費解的問題:時間的起點在哪?天體又為什么會不斷遠離地球呢?
哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實
文章插圖
20世紀20年代,天文學家愛德文·哈勃在觀察研究幾十個河外星系后得到一個結論:距離銀河系越遠的星系,遠離銀河系的速度越快,這也就是著名的“哈勃定律”。
“哈勃定律”的發現印證了天體物理學家喬治·勒梅特提出的“大爆炸理論”,也就是宇宙誕生于一個“點”,空間和時間全部起源于那一刻。
哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實
文章插圖
到這里,“奧伯斯佯謬”的解釋就相對完善了:
大爆炸發生后,恒星散發出的光一直在有限的時間內向近乎無限空間中傳播,導致到達地球的光的波長越來越長、頻率越來越低,所以我們看到的夜空才是漆黑的一片。
哈勃定律 宇宙為什么是黑色的?你以為是正常,其實隱藏著一個殘酷事實

推薦閱讀