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    揭密:夜空为什么是黑暗的?
    作者:见正文    文章来源:本站综合整理    点击数:    更新时间:2008-6-20
     

    奥伯斯(17581840)出生于德国不来梅附近的一个小村庄,19岁那年到哥廷根学医。哥廷根大学的一个特色是学生享有学习的自由,学医的奥伯斯在那里也能跟着有“德国数学之师”之称的数学教授、天文台台长凯斯特纳学数学和天文学。毕业后,奥伯斯回到不来梅当医生,但他的真正兴趣是天文学。他白天行医,晚上则在改造成天文台的自家顶楼进行天文观测,天天如此,每天睡觉时间不超过4个小时。

    奥伯斯还在上大学的时候发现了一个计算彗星轨道的方法,沿用至今。此后他共发现了5颗彗星,其中一颗后来以他的名字命名。1801年新年的晚上,意大利天文学家皮亚齐发现了第一颗小行星谷神星,再想进一步观察时却找不到它了,是奥伯斯在那一年的年底根据数学家高斯的计算重新发现了它,平息了谷神星是行星还是彗星的争论。奥伯斯本人后来发现了两颗小行星:1802年发现第二颗小行星智神星,1807年发现第四颗也是最亮的一颗小行星灶神星。不过奥伯斯在现在最广为人知的,是在1823年提出了一个听上去很傻的问题:为什么夜空是黑暗的?如果宇宙是无限的,恒星均匀地布满天空,那么夜晚的天空也将和白天一样明亮。

    实际的情况当然并非如此。这种理论和实际的矛盾,物理学上称为佯谬。奥伯斯指出的这个矛盾,后来就被称为奥伯斯佯谬。其实,它并不是奥伯斯首先提出的。1610年,伽利略用望远镜发现空中有无数肉眼看不到的恒星后,认为宇宙是无限的,恒星的数量也是无限的。开普勒不以为然,给伽利略去信指出,如果那样的话,夜空就不会是黑暗的。他打了一个比方。假如你站在无边无际的森林中向前看,不论你往哪个方向看,都只能看到一根根的树干连成一片挡在你的眼前,看不到任何间隙。只有当你是在一片小森林中时,才能透过树干的间隙看到外面的世界。同样的道理,如果宇宙是无限的,那么恒星将占据了天空的每一点,它们发出的光终将抵达地球,所有的恒星发出的光都将连成一片,就像我们在夏天看到的银河一样。既然实际情况是恒星彼此之间有黑暗的间隙,那就说明宇宙是有限的,透过这些间隙我们看到的是一堵包围宇宙的黑暗围墙。

    但是后来的天文学家都相信宇宙在空间上和时间上都是无限的。怎么解决这个矛盾呢?18世纪初英国天文学家哈雷提出了一个容易想到的解决方案:远处恒星发出的光线在抵达地球时强度变得十分弱,无法被我们看到。但是这个解释是站不住脚的。虽然光线的强度按距离的平方而减少,但是在一个无限大的宇宙中,天空的体积也即恒星的数量将按距离的平方而增加,也就是说,在远处某一点恒星数量增加的比例恰好等于光强度减少的比例,二者互相抵消,总的光强度与距离远近无关。如果多数恒星都和太阳一样,天空的每一点都应该和太阳盘面一样亮。天球的面积是太阳盘面的18万倍,那么照射地球的星光亮度也应该是阳光的18万倍。

    奥伯斯提出的解释是,太空并不是“透明”的,遥远恒星发出的光被弥漫在恒星之间的稀薄物质云给遮挡、吸收了。但是在热力学定律被发现之后,这个解释也经不起推敲了。根据热力学定律可知,假如有太空物质遮挡住星光,光能将会被吸收转化成热能,这些能量最终要重新被辐射出来,从而也要发光(虽然光的波长可能不同),天空仍然还是一片明亮。

    要解决这个佯谬的唯一办法是否定其大前提,即宇宙不是无限的,因而恒星数量是有限的。但是这还不够。即使恒星数量是有限的,其数量也近乎无限,足以照亮整个夜空。1848年,美国小说家爱伦坡在一篇随笔中指出,唯一的出路是假定远处的星光还来不及照到地球上来。也就是说,宇宙在时间上有一个起点,而且宇宙的年龄还没有老到足以让我们见到所有远处恒星发出的光。

    我们现在知道宇宙的年龄的确是有限的,宇宙是在大约137亿年前大爆炸形成的。而计算表明,要把地球的夜空全部照亮,要花上以亿亿亿年计的时间,远处的星光才能都抵达地球。显然我们的宇宙还太年轻了。

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