宇宙有无数恒星照射,夜空为何还那么黑?奥伯斯佯谬的破解

访客2023-12-03 05:42:5218

晴朗的夜,我们仰看星空,能够看到繁星满天。但在那些繁星的间隙,却是一片暗中,那些星星就像镶嵌在黑天鹅绒上的宝石,闪闪发光。

那已经是见怪不怪的现象了,但人类与此外动物差别的,就是有一个伶俐的大脑,如许就有许多人还在为那种见了几千年的现象根究:为什么宇宙太空是黑的呢?

奥伯斯佯谬

现代科学看测和研究,已经对宇宙有了足够的领会,已经成为常识的是:宇宙很大,可看测宇宙就有数万亿甚至十万亿个星系。而我们的银河系只是那浩瀚星系中的一个漩涡星系,太阳只是银河系一颗通俗恒星。银河系曲径有20万光年,包罗2000亿~4000亿颗恒星。

我们地球是太阳系中一颗中等行星,太阳天天都照射着地球,给我们带来光亮,因而每到白日,天就是亮的。可在太空,既然每一颗恒星都是太阳,那么即使在银河系,也有数千亿个太阳在照射,为什么太空布景仍是一片乌黑呢?

古代人们对宇宙领会不深入,把那些星星当做是仙人,当然就不会根究那个问题了。但到了有科学的时代,有伶俐的人们就起头希罕了。1610年,天文学家开普勒就提出了那个问题,他被认为是最早以科学体例提出此类问题的人;1823年,国外天文学家奥伯斯又系统提出了那个问题,于是,人们把那个问题称为“奥伯斯佯谬”。

奥伯斯佯谬(又称夜黑佯谬或光度佯谬)的核心思惟是:若宇宙是稳恒态并且是无限的,晚上就应该是亮光的,而不是暗中的。那种思惟是基于不断统治人类思惟的绝对宇宙看,那种思惟认为宇宙生来就是那个样子的,是无始无末一望无际的,并且光速也是无限的。

自从古希腊呈现了科学的萌芽,绝对宇宙看就成为统治思惟,不断到哥白尼发现日心说,伽利略看测到宇宙浩荡,牛顿发现了万有引力,那种看念也没有摆荡过。根据那种看点,宇宙是无限的,无始无末的,那么恒星数量也就是无限的,且光速无限,一生出就充满宇宙,如许恒星源源不竭发射的光线不断留在宇宙中,如许宇宙就应该是光亮的。

但现实上宇宙是暗中的,那就是一个悖论,因而是一个佯谬。

如今,科学已经很好地阐了然那个问题。宇宙暗中的原因次要有三点:一是宇宙并不是静态,而是动态;二是光速是有限而恒定的,因而光的传布也是需要时间的;三是宇宙太大太空阔了,且没有物量填充,恒星的光线要照亮那些空间远远不敷。

宇宙在膨胀,并且好头不如好尾

上世纪初科学界如火如荼,对宇宙看测发现不竭获得打破。此中最集中典型的代表就是出了个传怪杰物,他发现并创造了一系列完全倾覆人类看念的理论,此人就是伟大的科学家爱因斯坦。

爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论,在摘用现代科学一系列发现,如借鉴埃德温·哈勃发现的宇宙膨胀和迈克尔逊-莫雷尝试发现的光速恒定等功效根底上,论证了时空的相对性,否认了牛顿力学的绝对时空看。

从此宇宙是有限的,是在不竭膨胀的,并且是好头不如好尾的看点,渐渐成为科学界和世界的支流认知。人们通过各类科学办法,看测发现宇宙大约起源于138亿年前,履历过暴涨、减速膨胀和加速膨胀三个阶段,而如今是在加速膨胀阶段。根据哈勃常数监测,膨胀的速度远远大于光速。

根据宇宙膨胀速度和哈勃常数,颠末科学建模测算,得到可看测宇宙半径约465亿光年。可看测宇宙只是人类将来只能领会和看测的宇宙,那个可看测宇宙之外仍是宇宙,其范畴有多大,如今无法意料。

从时间起头那一刻,也就是宇宙大爆炸起头后,数亿年才起头构成恒星和星系,那些星系都在跟着宇宙膨胀不竭快速地分隔并离我们远往。如许星系和恒星之间的间隔就会越拉越大,在空间的密度就越来越稀少,光就越来越微弱。

那就是恒星之光无法照亮整个宇宙的第一个原因。奥伯斯佯谬现实上也是对绝对宇宙看提出了量疑,撑持了相对动态宇宙看。

光速有限,且传布需要时间

假设根据光速无限的假设,那星光就将突然之间充满整个宇宙,因而宇宙是光亮的。但从伽利略起头就量疑光速无限论。颠末几百年科学家们不懈勤奋和无数次试验,最末末于得出了准确时髦光速为299792458m/s(米/秒)。

并且通过迈克尔逊-莫利尝试,证明了光在差别的惯性参考系和差别的标的目的上,好比顺着地球和逆着地球标的目的来的光,速度都是一样的,由此光速是恒定的。

既然光速是有限的,且是恒定的,那么星光发出来以后抵达一个处所就需要时间。

而光的素质是电磁波,人的眼睛只能看到可见光,可见光只是整个电磁波谱中一个很窄的波段,范畴在约780~380nm之间。且光波具有多普勒效应。何谓多普勒效应?就是跟着波源的运动,高速远离看测者时波长会被拉长,高速靠近看测者时波长会被压缩变短,而光波的多普勒效应就是产生光谱红移和蓝移效应。

宇宙宇宙膨胀远远大于光速,因而人类看测到远方星系的光就会产生红移效应,越远越快离往的星光,就越移出了可见光的波长范畴,变得人眼看不见了。因而,我们在宇宙中肉眼看到的光波只是电磁波一小段频段,而大部门频段我们是看不到的,如许恒星的光线就不成能充溢到整个宇宙了。

恒星间隔远了,亮度就大大降低了

我们晓得,人眼看到的光有光源自己发出的光,如恒星、火光、灯光等;也有物体反射的光,如我们看到除光源以外的一切物体,月亮、人、房子、树木等,都是依靠反射光,我们才气够看到。

在太空,每颗恒星相距的间隔太远了,且在广袤的太空,一片时髦,几乎没有任何粒子来承载和反射光,因而恒星的光线底子无法照亮整个空间。

我们地球间隔太阳只要1.5亿公里,且地球被大气层包裹,当太阳光来到地球时,遭到大气粒子的反射,因而我们才气够看到蓝天白云,背阴处也有亮光;假设在月球上,因为没有大气粒子的反射,太阳照射到的处所就是白辣辣一片耀目光明,而没有照射到的处所就是一片乌黑(当然月球石块等也会反光到暗影处,只是没有大气粒子和尘埃,就要暗良多)。

其实,太阳的光也照得其实不远,假设到了冥王星,间隔太阳均匀不到60亿公里,只是0.00063光年,在那里看到的太阳就只要星星大小了。固然也还算亮,但只比满月亮291倍,而在地球上,太阳的亮度是满月的约70万倍。

在1光年间隔看太阳的亮度,视星等就只要-2.71等了(视星等是数值越小越亮),地球上看金星最亮时可达-4.6等,看木星最亮时可达-2.9等。也就是说在间隔1光年的处所看太阳,就还没有在地球上看金星和木星亮了。假设在远点,到间隔太阳比来的恒星4.3光年的南门二处看太阳,太阳视星等就只要0.43等,还没有我们看南门二A星0.01等亮呢。

恒星很稀少,且空间没有粒子反射,就无法亮起来

太空中的恒星有多稀少呢?我们以银河系为例来计算一下:银河系约20万光年曲径,假设用均匀5000光年的厚度来计算体积,4000亿颗恒星彼此之间均匀相隔空间就在约7.32光年。那么稀少的星空,依靠恒星那点能量是完全无法填满亮光的。

更重要的是,整个太空处于高度时髦形态,除了一些尘埃和星云集中的处所,绝大大都空间只要极其微量粒子飘荡,底子无法吸收和反射亮光。而星系之间的间隔就更浩荡了,都是以数十万到数百万光年计算,因而那个浩荡空间就更时髦了。

一般认为,宇宙密度均匀每立方米只要1个粒子。那个密度是宇宙中所有粒子加起来(包罗所有星系和恒星都化为粒子),与空间的比例计算的。因而宇宙的空阔超乎人的现象。

而在宇宙尘埃集中的处所,我们就可以看到星云的反光,由此看远镜拍下了灿艳多彩奇形怪状的星云,如创生之柱等等(下图)。其实那些星云的密度也很小,每立方厘米只要几十到上百个粒子,而在高度时髦的月球外表,粒子也到达每立方厘米上万个呢。

但那些星云在时髦度极高的宇宙空间,就很密集了,且范畴浩荡,动辄数光年以至数百光年,那些粒子总量是很浩荡的,因而星云是孕育和构成新恒星之母。

那就是我们夜间仰看星空,繁星点点,但布景一片乌黑的原因。现代宇宙学认为,因为宇宙不竭在加速膨胀,将来的星空将越来越稀少,布景就会越来越暗中,最末宇宙在热寂中消亡 。当然那个时间会很漫长,漫长人类底子无法胁制,早就不知所踪了。

不晓得列位大白了没有?欢送讨论,感激阅读。

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