夜晚天空发黑的秘密

作者:李龙臣 来源:《意林12+》

  “夜晚的天空为什么是漆黑的?”这是一个古老的问题,19世纪的天文学家H.奥伯斯,曾为这个古老的问题困惑过,因此曾被称为“奥伯斯佯谬”。

  当时人们推论,如果宇宙是无限的,那么,它就会有无限多颗发光的恒星,即使绝大多数恒星离我们很远,显得很暗淡,但无限多个暗淡星光的叠加,也会形成巨大的光芒。这不是与我们看到的夜晚天空是漆黑的矛盾吗?

  奥伯斯是一位天文学家,他知道恒星的亮度与距离的平方成反比,即距离增加1倍,星光减弱为1/4;距离增加到3倍,亮度减弱为1/9等。但另一方面,距离增加1倍,恒星的数量也增加4倍;距离增加到3倍,恒星的数量则增加到9倍,即恒星的数量随距离而呈平方正比地增加,这两个因素可以相互抵消。这样,在给定的距离中所有恒星的积累光强度是一样的,与距离无关。因而,无限恒星光度的增加,总的星光亮度是无限的,夜空应该是无限亮的,而实际上是黑的。

  也许可以这样来解释,由于在无数的恒星之间,它们会相互遮挡,因而到达地球的光不会是无限大的。光可以被遮挡,但是根据热力学理论,热传播是挡不住的。无限个恒星把热量撒向空间,会使宇宙空间的温度不断升温。这样,地球周围空间的温度,即使不会是无限大的,也会是很大很大的。当所有恒星发出的热,使宇宙空间达到恒星自身的表面温度时,整个宇宙处于热动平衡状态。这时整个宇宙空间应该是几千K(开尔文,热学温度单位)的温度,夜晚的天空应该是在这个温度上发光。即使在经过100多亿年后的今天,宇宙空间还没有达到热动平衡状态,但至少不应该是漆黑的。

  再说,宇宙处于热平衡时的温度,相当于现在把地球放在离太阳表面100万千米(实际距离的1/150)的地方,那样,地球因酷热而不复存在。

  那么,问题出在哪里呢?

  首先,恒星不是永恒地燃烧的,婴儿恒星和死亡了的恒星不发光,发光的主序恒星有一定的寿命。其次,宇宙不是静止的,而是在不断地膨胀着。最后,也是最根本的,宇宙不是无限的,它有有限的年龄,有有限数量的恒星。宇宙是在约140亿年前诞生的,那么,在140亿光年距离以外的第一代恒星所发出的光,以及在一定距离外诞生的新恒星(如10亿光年外不足10亿年的恒星)发出的光,还没有到达地球上空。

  因此,有限的宇宙和有限数目的恒星的光的叠加,也是有限的,而且是很微弱的。从热力学角度看,就是从宇宙诞生至今,还没有达到热平衡所需要的足够时间。