宇宙擁有無數恆星,為何我們人類看到的太空,卻是黑暗的?

2021-01-11 科學進擊號

自從我們人類誕生之後,就對廣袤無垠的宇宙充滿了好奇。世界各國,都存在著一些古人所繪製的星宿圖。他們甚至還為這些星體起了名字。近代以來,人類這種對宇宙的好奇,不斷地激勵著人類發展航天技術。為的就是走出地球,真正的可以接觸到廣袤無垠的宇宙。

科學家估計單單銀河系中就存在至少1000億顆恆星,而整個宇宙中的恆星更是多到無法想像,整個可觀宇宙可能存在不少於20萬萬億顆恆星,這還是可觀測宇宙存在的恆星數量,這還不包括不可觀測宇宙部分的恆星,如果加上不可觀測宇宙區域存在的恆星,數量真的不計其數了,恆星發出的光是非常明亮的。

由於在恆星上面發生著激烈的核聚變反應,因此恆星可以發出強烈的明光。可是還有一個讓許多人都難以理解的問題。那就是:宇宙為什麼是黑色的?而不是明亮的。

主要有以下幾個原因:

1. 由於宇宙太大了,所以恆星發出的光散射範圍太大。

1576年,英國人託馬斯·迪格斯嘗試解釋為什麼夜晚沒有被星光照亮,迪格斯是哥白尼的支持者,認為恆星散布於宇宙空間中。他說:「無窮天際上的恆星發出無限的光芒,但是它們互相遮擋,而且距離相當遙遠,於是星光越來越弱……所以我們看到的現在的夜晚才是如此黑暗。」

2.恆星發出來的光,被宇宙中的氣體灰塵等擋住了

在18世紀,德國天文學家海因裡希·奧博斯提出了非常著名的奧伯斯佯謬。他認為出現這樣的情況,可能是因為宇宙中存在的氣體和塵埃,阻擋了在天體發射出來的光線。所以並不是所有天體,發出的光都能到達地球。這就解釋了為什麼夜空,不是完全明亮的原因。但是這個解釋,並沒有得到科學界的認同。

因為根據能量守恆來看,宇宙中的氣體和塵埃。在吸收能量之後,就會釋放。所以他們會向外界釋放電磁波形式的能量。而且吸收得越多,釋放出來的電磁波能量也就越高。當能量達到足夠強度時,這些被釋放出來的,電磁波能量也會發光。而且光線很不弱。這也就意味著如果宇宙中的天地和空間,是無線的情況下,這些電磁波能量依然會點亮整個宇宙。

然而我們地球的夜空是黑色的,宇宙空間也是黑色的。這就說明宇宙中,並沒有無限多的天體,並且宇宙也不是無限大的。

自從奧伯斯佯謬被提出來後,科學家們也在做各種強行解釋。有些人認為,宇宙並不是永恆存在的。有些人認為,宇宙的空間不是有限的。還有些人認為,宇宙中的恆星數量,並不是數不清的。但這些解釋都說不通。

3.宇宙一直在膨脹。

1929年美國天文學家,愛德文·鮑威爾·哈勃發現了宇宙在膨脹,並且建立了哈勃定律。奧伯斯佯謬才得到徹底的解決。因為宇宙空間每時每刻,每個地方都在膨脹,並且這些空間膨脹是均勻膨脹。根據哈勃定律,宇宙的膨脹速度,將隨著距離的增加而加快。具體來說,每增加326萬光年,宇宙的膨脹速度將增加約70公裡每秒。應該注意的是,這種速度可以疊加。這意味著由於宇宙膨脹,導致離我們很遠的恆星。以超過光速的速度遠離我們。

雖然愛因斯坦的相對論告訴我們,任何物體都無法以超越光速的速度在空間中運動。不過相對論中,並沒有提到空間本身不能超過光速。所以這就導致了,處於不斷膨脹的天體發出的光,永遠也不可能到達地球。

因為它的膨脹速度超過了光速,也就意味著我們等待再久,夜空也不會亮如白晝。並且因為空間在不斷的膨脹,我們的可視宇宙範圍也在不斷的增大。但是距離我們最遠處的宇宙空間,卻在已超過光速許多倍的速度遠離我們。這就導致大部分宇宙,我們是根本看不到的。

這跟黑洞「視界」的概念很相似,所以也有一些科學家懷疑,我們生活的這個宇宙,很有可能就是一個大到無法想像的黑洞。當然了,我們的可觀測宇宙,和宇宙中的黑洞還是有一定區別的。因為黑洞是立面光線永遠也出不去,而我們的可觀測宇宙,則是外面的光線永遠進不來。

4.紅移現象

在可視宇宙範圍內,雖然有些光線能夠到達地球。但是我們卻看不到。因為宇宙空間的膨脹效應,將這些原本人類能看到的光波拉長。並且降低了頻率,成為了人類肉眼看不到的紅外線。而這種現象稱之為光的紅移。

在137億年前宇宙形成的階段,大爆炸產生的能量和光,應該充斥著整個宇宙空間。也就是說宇宙現在應該是明亮的。那麼為什麼宇宙是黑暗的呢?這些光去哪了?

其實這些光並沒有消失,他們依然充斥著整個宇宙。只不過空間經過百億年的膨脹,大爆炸產生的光。已經紅移成為了人類肉眼看不到的微波,所以我們肉眼看到的宇宙才是漆黑的。不過我們用能夠看見微波的天文望遠鏡看宇宙,就能發現宇宙其實並不是漆黑一片。所以我們肉眼看到的宇宙,並不算是真正的宇宙。

或許隨著科技的發展,我們會看見宇宙另外的樣子。

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