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第20節(jié):為什么夜空是黑暗的(2)

大象為什么不長(zhǎng)毛:方舟子破解科學(xué)謎題 作者:方舟子


實(shí)際的情況當(dāng)然并非如此。這種理論和實(shí)際的矛盾,物理學(xué)上稱為佯謬。奧伯斯指出的這個(gè)矛盾,后來(lái)就被稱為奧伯斯佯謬。其實(shí),它并不是奧伯斯首先提出的。1610年,伽利略用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)空中有無(wú)數(shù)肉眼看不到的恒星后,認(rèn)為宇宙是無(wú)限的,恒星的數(shù)量也是無(wú)限的。開(kāi)普勒不以為然,給伽利略去信指出,如果那樣的話,夜空就不會(huì)是黑暗的。他打了一個(gè)比方。假如你站在無(wú)邊無(wú)際的森林中向前看,不論你往哪個(gè)方向看,都只能看到一根根的樹干連成一片擋在你的眼前,看不到任何間隙。只有當(dāng)你是在一片小森林中時(shí),才能透過(guò)樹干的間隙看到外面的世界。同樣的道理,如果宇宙是無(wú)限的,那么恒星將占據(jù)天空的每一點(diǎn),它們發(fā)出的光終將抵達(dá)地球,所有的恒星發(fā)出的光都將連成一片,就像我們?cè)谙奶炜吹降你y河一樣。既然實(shí)際情況是恒星彼此之間有黑暗的間隙,那就說(shuō)明宇宙是有限的,透過(guò)這些間隙,我們看到的是一堵包圍宇宙的黑暗圍墻。

但是,后來(lái)的天文學(xué)家都相信宇宙在空間上和時(shí)間上都是無(wú)限的。怎么解決這個(gè)矛盾呢?18世紀(jì)初,英國(guó)天文學(xué)家哈雷提出了一個(gè)容易想到的解決方案:遠(yuǎn)處恒星發(fā)出的光線在抵達(dá)地球時(shí)強(qiáng)度變得十分弱,無(wú)法被我們看到。但是這個(gè)解釋是站不住腳的。雖然光線的強(qiáng)度按距離的平方而減少,但是在一個(gè)無(wú)限大的宇宙中,天空的體積也即恒星的數(shù)量將按距離的平方而增加。也就是說(shuō),在遠(yuǎn)處某一點(diǎn),恒星數(shù)量增加的比例恰好等于光強(qiáng)度減少的比例,二者互相抵消,總的光強(qiáng)度與距離遠(yuǎn)近無(wú)關(guān)。如果多數(shù)恒星都和太陽(yáng)一樣,天空的每一點(diǎn)都應(yīng)該和太陽(yáng)盤面一樣亮。天球的面積是太陽(yáng)盤面的18萬(wàn)倍,那么照射地球的星光亮度也應(yīng)該是陽(yáng)光的18萬(wàn)倍。

奧伯斯提出的解釋是,太空并不是“透明”的,遙遠(yuǎn)恒星發(fā)出的光被彌漫在恒星之間的稀薄物質(zhì)云給遮擋、吸收了。但是在熱力學(xué)定律被發(fā)現(xiàn)之后,這個(gè)解釋也經(jīng)不起推敲了。根據(jù)熱力學(xué)定律可知,假如有太空物質(zhì)遮擋住星光,光能將會(huì)被吸收轉(zhuǎn)化成熱能,這些能量最終要重新被輻射出來(lái),從而也要發(fā)光(雖然光的波長(zhǎng)可能不同),天空仍然還是一片明亮。

要解決這個(gè)佯謬的唯一辦法是否定其大前提,即宇宙不是無(wú)限的,因而恒星數(shù)量是有限的。但是,這還不夠。即使恒星數(shù)量是有限的,其數(shù)量也近乎無(wú)限,足以照亮整個(gè)夜空。1848年,美國(guó)小說(shuō)家愛(ài)倫?坡在一篇隨筆中指出,唯一的出路是假定遠(yuǎn)處的星光還來(lái)不及照到地球上來(lái)。也就是說(shuō),宇宙在時(shí)間上有一個(gè)起點(diǎn),而且宇宙的年齡還沒(méi)有老到足以讓我們見(jiàn)到所有遠(yuǎn)處恒星發(fā)出的光。


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