百度的朋友們大家好，這裡是牧篤科技。我們在讀幼兒園或者小學的時候，在初次接觸天文或望向夜空時，相信都會有這疑問：「為何有夜晚？為何天空夜晚是黑色的？」不知大家長大後知道這問題的答案與否呢？
「什麼？開玩笑嗎？夜晚出現不就是地區因為地球自轉而轉了去背面，太陽照射不到的位置吧！這需要問？這不是給「小學生」的問題嗎？小編我何時變了幼兒園/小學老師，教大家人人也知的常識？」
冷靜點，我既然這樣問，這問題當然不是平常人所想的那麼簡單啦！即便是地平論支持者們的解釋都只是圍繞著太陽，而解答這問題說與太陽有關只是答對一部分，要真正解答這個問題其實要用到宇宙學喔！
奧伯斯佯謬
要完全明白「為何會天黑？」這問題會比想像中複雜並涉及宇宙學，我們可以從一些假設出發。試想像我們身處在一個穩恆態下而且無限大無界邊，恆久存在的宇宙中，內裡的恆星是平均分布在每個角落。這亦是直至上世紀初大部分人及科學家包括牛頓在內一直所相信的宇宙模型，畢竟始終沒有人用肉眼直接看到星系們在遠離我們這宇宙膨脹現象。可是如果這假設是對的話，夜空其實不應該是黑色的，因為無論隔多遠也好，每粒恆星發出的光都應該有足夠時間到達地球照亮整片天空。
為什麼？你試想像將宇宙細分成一個又一個直徑不同，厚度一致的同心圓球殻。如果我們的宇宙恆星分布真是均勻的話，假設在直徑為n的球殻範圍內有N那麼多恆星，那這層球殻對外直徑兩倍長，為2n的一層因為體積大4倍就會有約4倍更多的恆星在內，見下圖。可是因為2n那一層比n那層與地球距離遠了兩倍，所以那層中每粒恆星發出的光強度在地球看會弱4倍。
上述兩個效應合起來會抵消，所以直徑為n球殻裡恆星們整體亮度加起來總和跟直徑為2n那層的亮度其實是一模一樣，兩者沒分別。由此我們可以推論在這過時的宇宙模型整體上恆星們亮度的總和是不受距離影響，如果我們附近的太陽能把天空照亮，那距離較遠的恆星它們的亮度加起來一樣可以。
這樣說可能大家有點不懂，我這裡用一個簡單形象化一點的說法：在這永恆無限大無邊界的恆態宇宙模型中，假設恆星分布均勻，你在地球望向天空任何一個方向，你始終會發現有恆星出現在那方位。即使那顆恆星或許距離我們很遠很遠，但它的光也會有足夠時間到達地球。另恆星分布均勻的話天空任何方向的亮度亦應一致。
總之來說，這悖論是建基於以下對宇宙模型的三項假設：
宇宙是無限大兼無邊界的恆星均勻分布在宇宙各處宇宙是永恆及恆態的有這悖論問題出現，夜空是黑色的證明了上述三項假設必定至少有一項是錯的。
「為何會天黑？」這問題又名奧伯斯佯謬，由德國天文學家奧伯斯1823年在論文提出，類似的想法其實早在15–16世紀數學及天文學家迪格斯與克普勒已經有略略討論過。對於這悖論，當時科學家有很多不同的解釋。例如有些天文學家認為宇宙其實充斥著一些會吸光的物質，令大部分恆星的光沒有辦法來到地球；另一批則認為恆星其實並不是好像假設般是均勻分布的，地球剛好位處恆星分布較少的黑暗區域。
原來「為何會天黑？」這問題是那麼複雜的！那我們現在有一套完整的解答嗎？答案是有的，現在公認正確的解釋是宇宙膨脹。在一個膨脹中的宇宙，光的波長會因為時空膨脹而變長，這現象叫宇宙紅移，類似都卜勒效應的結果*。由於光速在真空不變，光的波長變長亦即是說光的頻率變小了，所以亦即能量變小。
距離愈遠的恆星它們的光在來地球過程時所經歷的時空膨脹就愈多，同時間損耗的能量亦愈多，所以它們的光整體強度對比距離近的弱很多。宇宙紅移亦是哈勃在上世紀初觀察星系時發現，最早用來證明宇宙是非恆態，實則為膨脹中的現象。後來當找到更多觀察證據好像宇宙微波背景與太初核融合等，大爆炸模型得到完善及證實後，宇宙膨脹已經確立成為了「為何會天黑？」這悖論的公認解釋#。大爆炸模型亦指出恆星並不是永恆存在的，恆星起源與可觀察宇宙是有開端的（這裡小編我強調「可觀察宇宙」是因為大爆炸模型並不是完整的模型，我們仍不知道視界外的宇宙及大爆炸奇點應該是怎麼樣）。在早期宇宙還處於高溫離子狀態或物質未有足夠時間因為重力聚集在一起時的環境是孕育不了恆星的。
所以某程度上「夜晚天黑」其實是大爆炸及宇宙膨脹的證據之一，下次教小朋友時記得不要再「騙」他們說天黑（只）是因為「太陽伯伯」下了山喔！
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