夜空为什么是黑的？你认为的“正常”，其实困扰了科学家上百年

为什么夜空是黑的？或许你会认为这是一个非常简单的问题，毕竟地球人都知道，太阳是地球上光明的源泉，夜空没有阳光的照耀，当然就是黑的，这不是很正常吗？

然而这个现象却不能这样简单地解释，实际上，你认为的“正常”，其实隐藏着令人绝望的事实，为什么这么说呢？这就要从“奥伯斯佯谬”开始讲起。

什么是“奥伯斯佯谬”？

“奥伯斯佯谬”由德国天文学家海因里希·奥伯斯（Heinrich Olbers）于19世纪20年代提出，其内容可以简单地描述为：

宇宙是无限的，其中的恒星数之不尽，以至于天空中的任意区域中，都应该存在着无限多的恒星，从理论上来讲，虽然单颗恒星的光度比太阳微弱得多，但无数恒星的光线聚集起来，同样也可以将地球上的夜空照亮。然而我们看到的夜空却是黑的，这样就形成了一个“佯谬”。

或许我们可以认为，随着距离的增加，恒星的光强（发光强度的简称）也会不断变弱，因此当距离达到一定程度时，恒星的光强就可以忽略不计了，但这是解释不通的。

恒星的光强确实会随着距离的增加而减弱，这遵循“平方反比定律”，即：单颗恒星的光强与距离的平方是反比例关系。然而从宏观尺度来看，宇宙中的恒星密度是均匀的，假设距离为r，那么在以地球为中心，以r为半径的球面壳层中，恒星的数量是与距离的平方是正比例关系。

显而易见的是，对于一定距离的球面壳层，恒星的总光强等于恒星数量乘以单颗恒星的光强，据此就可以推导出，无论对于哪种距离的球面壳层，恒星的总光强其实是一样的。

那有没有可能是宇宙中的星际介质（如气体、尘埃）以及各式各样的不发光天体，遮挡或者吸收了远方恒星的光线呢？答案依然是否定的。

根据能量守恒定律，当远方恒星的光线被星际介质或者其他不发光天体遮挡或吸收时，光线携带的能量不可能凭空消失，在这种情况下，这些“障碍物”就会被持续加热，只要时间足够久，它们的温度就会无限接近远方恒星的温度，其释放出的光线最终也会把地球的夜空照亮。

如何解释“奥伯斯佯谬”？

“奥伯斯佯谬”其实困扰了科学家上百年的时间，直到20世纪20年代，美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）发现宇宙中的那些遥远的星系都在远离我们而去，这使科学家意识到，宇宙其实是处于一种持续膨胀的状态，进而对解释“奥伯斯佯谬”进行了合理的解释。

“奥伯斯佯谬”有4个必要的前提：1、宇宙是静态的；2、宇宙无限大；3：宇宙是均匀的；4：宇宙存在的时间无限长。很明显，“宇宙膨胀”的发现，首先就说明了宇宙并不是静态的。

除此之外，既然宇宙处于一种持续膨胀的状态，那就说明了过去的宇宙更加致密，如果我们将时间不断回溯，就会发现在大约138亿年前，宇宙处于一种任何理论都无法描述的状态，这种状态也被称为“奇点”。

实际上，根据“大爆炸宇宙论”，这个“奇点”其实就是宇宙最初的样子，也就是说，宇宙存在的时间其实并不是无限的。

另一方面来讲，由于宇宙的持续膨胀，宇宙空间中任意两个不重叠的点都会具备一个相互远离的速度，这也被称为“退行速度”，距离越远，“退行速度”就越快，这就会导致那些遥远的恒星所发出的光线会因为“多普勒效应”而发生“红移”，当这些光线抵达地球时，早已变成了我们肉眼不可见的红外线、微波或者无线电波。

更重要的是，“退行速度”是可以无限增加的，如果某颗恒星与我们的距离达到了一定的程度，其“退行速度”就可以超过光速，在这种情况下，这颗恒星发出的光线同样也会以超光速远离我们，并因此而永远无法抵达地球。

所以对“奥伯斯佯谬”的合理解释就是：就算宇宙无限大，并且也是均匀的，但宇宙存在的时间并不是无限的，在此基础上再加上宇宙的膨胀，就会造成地球接收到的来自那些遥远恒星的光线极为有限，其总光强根本就不足以照亮地球的夜空，正是因为如此，我们看到的夜空才是黑的。

为什么说“夜空是黑的”这种现象，其实隐藏着令人绝望的事实呢？

地球是人类的摇篮，但人类不会一直生活在这个摇篮里，尽管以人类目前的科技，如何飞出太阳系都是一个巨大的问题，但我们普遍都乐观地相信，随着人类科技水平的不断进步，终有一天，人类会发展成能够纵横宇宙的超级文明。

然而“夜空是黑的”这种看似“正常”的现象所隐藏着的事实，却给我们浇了一盆冷水，正如前文所言，之所以会出现这种现象，一个重要的原因就是：当一颗恒星与我们的距离达到了一定程度的时候，其发出的光线就会因为宇宙膨胀而以超光速远离我们而去，以至于这些光线永远都无法抵达地球。

根据我们对宇宙的认知，光速是宇宙中的一种速度极限，对于任何具有静止质量的物体而言，其速度最多只可能无限接近光速，而无法达到或者超过光速，除此之外，任何信息的传递速度也不可能超过光速，这就意味着，这颗遥远的恒星将永远与我们断开联系，别说是抵达那里了，我们就连观测也观测不到。

这样的规律同样也适用于宇宙中的其他天体，只要距离达到一定的程度，我们也就无法观测到它们，正因为如此，我们永远只能看到宇宙中的一部分，这部分也被称为“可观测宇宙”，而在此范围之外的宇宙中存在着什么，我们根本就一无所知。

令人绝望的是，宇宙的膨胀一直在持续，这会导致更多的天体在未来离开“可观测宇宙”，从此永远地与我们断开联系。

换句话来讲就是，随着时间的流逝，我们人类在宇宙中能够观测到的天体将会越来越少，根据科学家的预测，当这样的情形发展到极致时，除了本星系群中的天体能够依靠引力维系在一起之外，其他的那些更远的天体都将与我们彻底“失联”。

人类的梦想是星辰大海，但宇宙却似乎在不断地“孤立”人类，人类未来应该在宇宙中如何发展？这是一个值得我们深思的问题。