為什麼宇宙看起來是黑色的而不是白色的?儘管太空中有無數顆星星

2020-12-19 悟空科學世界

看看夜空,你會看到那迷人的、閃閃發光的星星。但是,當你離開地球進入太空時,你將面對那令人生畏的黑暗。於是,我們會問,既然太空中有那麼多星星,為什麼太空似乎還是如此黑暗的呢?如果宇宙是明亮的,那宇宙將是什麼樣子呢?

如果宇宙是白色的,那我們還能在這新的場景中看到星星嗎?黑洞是否還會出現在這白色宇宙的背景之下呢?好了,讓我們澄清一些事情。在這裡,我們將從物理學的角度來考慮「黑/暗」的概念。

顏色是光波的可見光譜。黑暗的天體能夠吸收光譜中的所有顏色。事實證明,「黑色」不應該被看作是一種顏色,而應該被看作是沒有任何顏色的。但是,「白色」是所有顏色的混合體,包含了所有波長的可見光。

色彩是我們對世界的感知。當我們談論宇宙背景時,假設它是非常明亮的,而不是黑暗的,那會出現什麼情況呢?

我們知道,宇宙誕生於一場大爆炸。在那時,是沒有發光的恆星,你可以看到一個由質子、電子和中子組成的不透明空間。

大約30萬年過去了,宇宙開始慢慢冷卻下來。質子、電子和中子開始相互間碰撞,並合併成原子和分子。太空變得透明了,但是,觀察者會把它看成是一種黑暗,畢竟還沒有一個光源。

我們把這個時期稱為「黑暗時代」,當第一批恆星將氫轉化為氦時,黑暗時代就結束了。值得一提的是,這些恆星的質量是太陽的300倍左右,而且其亮度約是太陽的一百萬倍。待它們發光數百萬年之後,它們會以超新星的形式發生爆炸。

第一顆恆星不斷增強其輻射,以至於使氫原子發生電離(分裂為質子和電子)。這就是我們獲得黑暗宇宙的時候,但為什麼呢?星星為什麼沒有照亮整個空間?

這就是奧爾伯斯悖論。如果宇宙是白色的,而不是黑暗的,那麼它將是無限的古老,無限的大,同時也是靜態的。但是,這些特徵並不是正確的,因為宇宙不是靜態的

這個空間的年齡略小於138億歲。但我們不要忘了,光是有速度限制的,所以我們只能在距離我們不超過138億光年的地方去捕獲那些遠離我們的恆星。換句話說,來自更遙遠恆星的光,根本還沒有時間到達地球。

在奧爾伯斯悖論中,有一個不能使宇宙背景變白的主要條件,即:宇宙不是靜態的。也就是說,外層空間仍在不斷擴大,而且擴展的速度也是越來越快。增大恆星之間的距離,光的波長會增加,並向紅色光譜移動。

事實證明,波長在不斷拉伸,以至於人眼不能再捕獲到它們,而只能藉助於紅外設備才可以接收。事實上,宇宙是非常明亮的,但普通的視覺只能捕捉到黑色背景。

那麼黑洞呢?如果宇宙是白色的,我們還能發現到這些怪物嗎?不!這些物體被賦予了難以置信的強大引力,所以,不發光,也永遠不會被看見。

也許這樣更好。因為黑暗的外太空看起來非常神秘,這樣可以促使我們有解開謎團的動力。那麼,在明亮的夜空中會發生什麼呢?我們對太空旅行還會有信心嗎?對此,你怎麼看?

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