為什麼夜空是黑的？你認為的“正常”，其實隱藏著令人絕望的事實

為什麼夜空是黑的？或許你會認為這是一個非常簡單的問題，畢竟地球人都知道，太陽是地球上光明的源泉，夜空沒有陽光的照耀，當然就是黑的，這不是很正常嗎？

然而這個現象卻不能這樣簡單地解釋，實際上，你認為的“正常”，其實隱藏著令人絕望的事實，為什麼這麼說呢？這就要從“奧伯斯佯謬”開始講起。

什麼是“奧伯斯佯謬”？

“奧伯斯佯謬”由德國天文學家海因裡希·奧伯斯（Heinrich Olbers）於19世紀20年代提出，其內容可以簡單地描述為：

宇宙是無限的，其中的恆星數之不盡，以至於天空中的任意區域中，都應該存在著無限多的恆星，從理論上來講，雖然單顆恆星的光度比太陽微弱得多，但無數恆星的光線聚集起來，同樣也可以將地球上的夜空照亮。然而我們看到的夜空卻是黑的，這樣就形成了一個“佯謬”。

或許我們可以認為，隨著距離的增加，恆星的光強（發光強度的簡稱）也會不斷變弱，因此當距離達到一定程度時，恆星的光強就可以忽略不計了，但這是解釋不通的。

恆星的光強確實會隨著距離的增加而減弱，這遵循“平方反比定律”，即：單顆恆星的光強與距離的平方是反比例關係。然而從宏觀尺度來看，宇宙中的恆星密度是均勻的，假設距離為r，那麼在以地球為中心，以r為半徑的球面殼層中，恆星的數量是與距離的平方是正比例關係。

顯而易見的是，對於一定距離的球面殼層，恆星的總光強等於恆星數量乘以單顆恆星的光強，據此就可以推匯出，無論對於哪種距離的球面殼層，恆星的總光強其實是一樣的。

那有沒有可能是宇宙中的星際介質（如氣體、塵埃）以及各式各樣的不發光天體，遮擋或者吸收了遠方恆星的光線呢？答案依然是否定的。

根據能量守恆定律，當遠方恆星的光線被星際介質或者其他不發光天體遮擋或吸收時，光線攜帶的能量不可能憑空消失，在這種情況下，這些“障礙物”就會被持續加熱，只要時間足夠久，它們的溫度就會無限接近遠方恆星的溫度，其釋放出的光線最終也會把地球的夜空照亮。

如何解釋“奧伯斯佯謬”？

“奧伯斯佯謬”其實困擾了科學家上百年的時間，直到20世紀20年代，美國天文學家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）發現宇宙中的那些遙遠的星系都在遠離我們而去，這使科學家意識到，宇宙其實是處於一種持續膨脹的狀態，進而對解釋“奧伯斯佯謬”進行了合理的解釋。

“奧伯斯佯謬”有4個必要的前提：1、宇宙是靜態的；2、宇宙無限大；3：宇宙是均勻的；4：宇宙存在的時間無限長。很明顯，“宇宙膨脹”的發現，首先就說明了宇宙並不是靜態的。

除此之外，既然宇宙處於一種持續膨脹的狀態，那就說明了過去的宇宙更加緻密，如果我們將時間不斷回溯，就會發現在大約138億年前，宇宙處於一種任何理論都無法描述的狀態，這種狀態也被稱為“奇點”。

實際上，根據“大爆炸宇宙論”，這個“奇點”其實就是宇宙最初的樣子，也就是說，宇宙存在的時間其實並不是無限的。

另一方面來講，由於宇宙的持續膨脹，宇宙空間中任意兩個不重疊的點都會具備一個相互遠離的速度，這也被稱為“退行速度”，距離越遠，“退行速度”就越快，這就會導致那些遙遠的恆星所發出的光線會因為“多普勒效應”而發生“紅移”，當這些光線抵達地球時，早已變成了我們肉眼不可見的紅外線、微波或者無線電波。

更重要的是，“退行速度”是可以無限增加的，如果某顆恆星與我們的距離達到了一定的程度，其“退行速度”就可以超過光速，在這種情況下，這顆恆星發出的光線同樣也會以超光速遠離我們，並因此而永遠無法抵達地球。

所以對“奧伯斯佯謬”的合理解釋就是：就算宇宙無限大，並且也是均勻的，但宇宙存在的時間並不是無限的，在此基礎上再加上宇宙的膨脹，就會造成地球接收到的來自那些遙遠恆星的光線極為有限，其總光強根本就不足以照亮地球的夜空，正是因為如此，我們看到的夜空才是黑的。

為什麼說“夜空是黑的”這種現象，其實隱藏著令人絕望的事實呢？

地球是人類的搖籃，但人類不會一直生活在這個搖籃裡，儘管以人類目前的科技，如何飛出太陽系都是一個巨大的問題，但我們普遍都樂觀地相信，隨著人類科技水平的不斷進步，終有一天，人類會發展成能夠縱橫宇宙的超級文明。

然而“夜空是黑的”這種看似“正常”的現象所隱藏著的事實，卻給我們澆了一盆冷水，正如前文所言，之所以會出現這種現象，一個重要的原因就是：當一顆恆星與我們的距離達到了一定程度的時候，其發出的光線就會因為宇宙膨脹而以超光速遠離我們而去，以至於這些光線永遠都無法抵達地球。

根據我們對宇宙的認知，光速是宇宙中的一種速度極限，對於任何具有靜止質量的物體而言，其速度最多隻可能無限接近光速，而無法達到或者超過光速，除此之外，任何資訊的傳遞速度也不可能超過光速，這就意味著，這顆遙遠的恆星將永遠與我們斷開聯絡，別說是抵達那裡了，我們就連觀測也觀測不到。

這樣的規律同樣也適用於宇宙中的其他天體，只要距離達到一定的程度，我們也就無法觀測到它們，正因為如此，我們永遠只能看到宇宙中的一部分，這部分也被稱為“可觀測宇宙”，而在此範圍之外的宇宙中存在著什麼，我們根本就一無所知。

令人絕望的是，宇宙的膨脹一直在持續，這會導致更多的天體在未來離開“可觀測宇宙”，從此永遠地與我們斷開聯絡。

換句話來講就是，隨著時間的流逝，我們人類在宇宙中能夠觀測到的天體將會越來越少，根據科學家的預測，當這樣的情形發展到極致時，除了本星系群中的天體能夠依靠引力維繫在一起之外，其他的那些更遠的天體都將與我們徹底“失聯”。

人類的夢想是星辰大海，但宇宙卻似乎在不斷地“孤立”人類，人類未來應該在宇宙中如何發展？這是一個值得我們深思的問題。

好了，今天我們就先講到這裡，歡迎大家

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