最后更新：2022年2月2日

暗夜悖论或奥伯斯悖论

为什么夜空是黑暗的？

“黑夜只是相对于我们而言的黑暗。黑暗的是我们的眼睛。”勒内·巴雅维尔（1911-1985）在其科幻小说《时光之夜》中的这句话，或许正是对“为何夜空是黑暗的？”这一问题的回答。我们每个人可能简单地认为，夜晚黑暗的原因是太阳位于地平线以下，但这并非正确答案。事实上，夜空是黑暗的，而在20世纪之前，人们假设宇宙是静态、无限且充满恒星的。几个世纪以来，这两个观点一直相互矛盾！显然，夜晚始终是黑暗的。但如果宇宙在空间和时间上都是无限的，那么无论你朝哪个方向看，视线都应会与一颗恒星相交，即使它非常遥远。因此，天空应该像太阳一样明亮。然而，我们发现夜空基本上是黑暗的！这一论断被称为奥伯斯佯谬，由海因里希·奥伯斯（1758-1840）于1826年研究。然而，早在1576年，托马斯·迪格斯（1546-1595）就在一篇出版物中提出了这个问题，他在天球上随机分布了恒星。这种对天空的看法促使他问道：“为什么这无限的恒星没有让夜空变得明亮？”他的回答是，大多数恒星太远而无法被看到，但这并非正确答案。1610年，约翰内斯·开普勒（1571-1630）在写给伽利略的支持信《与星际信使的对话》中，似乎否定了无限宇宙的概念。尽管许多天文学家思考过这个问题，但这一佯谬的解决在三个世纪内仍未得到解答。

为什么无数星辰要照亮夜空？

埃德蒙·哈雷（1656-1742）与让-菲利普·洛伊·德·谢索（1718-1751）为这一问题提供了数学解答。1744年，受哈雷研究的启发，德·谢索将天空设想为一系列以观测者为中心的等厚同心球层。因此，每一层中的恒星数量与其表面积成正比，即与半径的平方成正比。换言之，在距离2d处恒星数量是距离d处的4倍，在距离4d处则是16倍，依此类推。然而，恒星的亮度与其距离的平方成反比。也就是说，若一颗恒星在距离d处具有特定亮度，则在距离2d处其亮度仅为原来的四分之一。恒星的光通量随距离平方的倒数递减，公式为ƒ(e)=L/4πr²（L为光度）。因此，若宇宙无限，则存在无限多个亮度相同的球层，观测者从每一层接收到的光能量相同，总亮度应为无限大。如今我们知道这一论断并不正确，因为恒星的寿命是有限的。

为什么不简单地认为宇宙介质并非处处透明？

因此，恒星发出的光可能被星际尘埃和气体阻挡。这一解释同样不正确，因为星际介质在吸收光线后会逐渐升温，变得和恒星表面一样明亮。这并未解决奥伯斯佯谬。

为什么不考虑来自遥远恒星的光还没有足够时间到达我们这里？

确实，在1848年，埃德加·爱伦·坡（1809-1849）在其关于物质与精神宇宙的论文《尤里卡》中直觉性地提出了这一假说。确实，由于光速是有限的（当时已知），光线需要一定时间才能到达我们。但这一假说在无限且永恒的宇宙中并不成立。如果宇宙是永恒的，无论光需要多长时间到达我们，它本应早已让我们目眩。1901年，威廉·汤姆逊，即开尔文勋爵（1824-1907）证明，在一个透明、均匀且静态、均匀布满恒星的宇宙中，恒星的有限寿命阻止了遥远恒星的可见性。要解决这个简单的黑夜悖论，必须彻底修正我们对宇宙的认知。在奥伯斯悖论的故事背后，隐藏着一个令人不安的宇宙现实，20世纪末由此衍生出几个概念。- 宇宙并非一直存在；它有其历史，年龄为137.7亿年。- 光速（30万公里/秒）是有限的，因此宇宙也有有限的大小。在137.7亿年间，光子行进了137.7亿光年。- 恒星有有限的年龄，因此也有有限的寿命。它们的光源过于短暂，无法用辐射充满空间。- 宇宙正在加速膨胀。随着遥远星系的光线因多普勒效应而越来越红移，天空变得越来越暗。最遥远的星系因失去亮度而极难观测。

结论

所有这些假说必须结合起来，才能解开黑夜悖论。"黑夜只是对我们而言的黑暗，是我们自己的眼睛黯淡无光。"在红外线观测中，遥远的星系发出巨大的光芒，照亮了星际尘埃。对于天空中的每一点，我们的视线都会与某个星系的红外辐射流相交。然而，最原始的亮度存在于微波波段。这种冷却的化石辐射在天空的各个方向都能被观测到。

暗夜悖论或奥伯斯悖论

为什么夜空是黑暗的？

为什么无数星辰要照亮夜空？

为什么不简单地认为宇宙介质并非处处透明？

为什么不考虑来自遥远恒星的光还没有足够时间到达我们这里？

结论

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