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宇宙为什么是黑色的?你以为是正常,其实隐藏着一个残酷事实

小时候,或许很多人都曾问过大人们一个问题:天空为什么是蓝色的?而大人们给出的答案通常也是千奇百怪的。

宇宙为什么是黑色的?你以为是正常,其实隐藏着一个残酷事实

事实上,蓝色并不是天空本身固有的颜色,它只是阳光照射地球大气层后,大气散射了阳光所呈现出的颜色。

当太阳落山,夜幕笼罩大地,静谧的星空悄然浮现在头顶,一个新的问题又出现了:宇宙为什么是黑色的呢?

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事实上,你肯定不是第一个问这个问题的人,因为古人对黑夜一直有着另类的好奇和恐惧,而这种复杂的感情在神话故事中体现得淋漓尽致。

在希腊神话中,有一位名为尼克斯的“司夜女神”,诞生于混沌的她拥有无穷神力,甚至都让众神之王宙斯感到战栗。

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当然,这种恐惧并未让人们停止对于黑夜的探索,反而更激发了人类好奇心和求知欲。

18世纪,天文学家爱德蒙·哈雷在研究自己的宇宙模型时发现,如果宇宙是均匀且无限的,那么夜晚应该是明亮的才对,所以他认为宇宙的“黑”,一定是有原因的。

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遗憾的是,哈雷一直到去世都没有找到问题答案,因为在当时的欧洲,人们普遍认为宇宙是静止的、无限的。

1823年,德国天文学家海因里希·奥伯斯总结并归纳了前人理论和猜想,正式提出了著名的“奥伯斯佯谬”,即宇宙若是静态且无限的,那晚上就应该是跟白天一样而不是黑暗的,因为宇宙中有无数发光的恒星,这些恒星发出的光芒总会达到地球被我们看到。

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或许很多人会认为这算哪门子的悖论?宇宙黑暗才是正常的啊,因为宇宙中虽然有极多的恒星,但在庞大的距离尺度下,这一个个发光恒星就如同漂浮在大海上的微弱烛火,怎么可能会照亮全部呢?

更何况,宇宙中并不是空无一物,还有大片的宇宙尘埃分散四处,大部分可见光应该都被它们遮挡吸收了,即便没有全部吸收也吸收了大半,这才导致出现了漆黑的夜空。

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事实真的是这样吗?

这种猜想可能听着很有道理,但其实一点也不符合实际的观测情况。按照热力学第一定律,光在被物质吸收之后,又会以能量的方式被释放出来,不存在绝对意义上的吸收。

因此,如果本该照亮地球夜空的光真的被尘埃吸收了,那么完全能够通过仪器观察到尘埃辐射出的能量。

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既然不是因为光线被阻挡,那为什么夜空不是亮如白昼呢?“奥伯斯佯谬”该如何解释呢?

在19和20世纪,针对“奥伯斯佯谬”的解释主要基于两大研究发现。

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第一个研究发现是宇宙的年龄是有限的,这使得光不能在有限的时间里穿越无限的空间。

第二个研究发现是多普勒效应,即物体辐射的波长会因为观测者和波源的相对运动产生变化。

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多普勒效应的发现,证明了远方星球的光在不断远离我们,同时也打破了宇宙静止不变的固有思想。

虽然这两个发现能够完美解释“奥伯斯佯谬”,但也因此出现了一些让人费解的问题:时间的起点在哪?天体又为什么会不断远离地球呢?

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20世纪20年代,天文学家爱德文·哈勃在观察研究几十个河外星系后得到一个结论:距离银河系越远的星系,远离银河系的速度越快,这也就是著名的“哈勃定律”。

“哈勃定律”的发现印证了天体物理学家乔治·勒梅特提出的“大爆炸理论”,也就是宇宙诞生于一个“点”,空间和时间全部起源于那一刻。

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到这里,“奥伯斯佯谬”的解释就相对完善了:

大爆炸发生后,恒星散发出的光一直在有限的时间内向近乎无限空间中传播,导致到达地球的光的波长越来越长、频率越来越低,所以我们看到的夜空才是漆黑的一片。

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需要注意的是,光仍然还在,人类看不见主要是因为它们红移成了人类肉眼无法直接观测到的不可见光,如果用特殊的仪器观察夜空,就会发现夜空仍然一片“光亮”。

此外,宇宙的不断膨胀也是夜空漆黑的主要原因。比如有一个能够无限膨胀的气球,气球的表面有两只相距一米的蚂蚁,它们都以每秒1厘米的速度相互靠近,理论上来说二者50秒左右就能相遇。

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但此时有人开始疯狂的吹这个气球,由于气球表面变大,两只蚂蚁间的相对距离也在不断变大,直到气球膨胀的速度远远大于它们彼此靠近的速度,它们将永远不能相遇。

同样的道理,宇宙空间跟气球一样在不断膨胀,并且膨胀速度超过了光速,一些恒星已经退行到距离地球极远的距离,以至于它们散发出的光根本跑不过膨胀的空间,所以也就不会到达地球被我们的眼睛看到。

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值得一提的是,宇宙在不断膨胀可能是对于人类来说最绝望的事实,因为这意味着会有越来越多的星系退到人类永远也不可能观测到的区域,从而变相缩小了人类的活动和观测范围,这对于一个拥有无限发展前景和无限可能的文明来说是难以接受的。

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