天文學是極具魅力的,這毋庸置疑,在人們對太空未解謎題之中確實有過一個“最著名的難題”:太空為什么是黑的?就是這么一個被我們視作常識的問題,卻讓眾多天文學家反復研究,這也是天文學的魅力所在。
1576年,英國人托馬斯·迪格斯嘗試解釋為什么夜晚沒有被星光照亮,迪格斯是哥白尼的支持者,認為恒星散布于宇宙空間中。他說:“無窮天際上的恒星發出無限的光芒,但是它們互相遮擋,而且距離相當遙遠,于是星光越來越弱……所以我們看到的現在的夜晚才是如此黑暗。”這解釋似乎很有道理,但細想一下卻并非如此。我們假設我們處在一片無限大的森林之中,不論樹木分散地如何稀少,不均勻,我們的目光所能看到的必然是數不清的樹木,沒有一絲縫隙。
同樣的情況下,我們將樹木替換成恒星,而在這無限大的宇宙之中,我們不論往哪里看,必然入眼都是數不清的恒星和他們發出的光。這個想法便是德國天文學家開普勒在1610年所提出的“無限森林”。如果順著這個思路考慮,要論證我們的宇宙空間為何是黑暗的,我們必然需要處在一個有限的空間內,或者是恒星的分布并非無窮無盡,又或者光線被一些不知名的物質攔截了?但這明顯和我們現存的認知不符合,不可視作正解。同樣是計算,德國天文學家奧伯斯大神的計算則更加高級,他運用數學里(我知道過程說了也白瞎,就不提了)微積分的概念,詳細地推導了開普勒所提出的“無限森林”。
1823年,奧伯斯寫了一篇宇宙學論文:如果恒星均勻地分布在宇宙空間里,離地球近的恒星,自然看起來就大,但遠處的恒星數量也會很多。奧伯斯力圖證明,數量巨大的遠距離的恒星雖然“目視尺寸”相對較小,但在我們視野中仍覆蓋著整個天空。如果宇宙是無限的,就意味著天空中充滿著無數的閃亮的星星,那么夜空應該會和白天一樣明亮。奧伯斯的計算非常順利,推導毫無錯誤,但結果卻有違常理,這也被成為“奧伯斯佯謬”。如果推導必然正確,結果卻是錯的,那么必然是一開始的前提錯了。果然還是需要依靠我們現代宇宙學來揭秘。
宇宙的空間是否有限我們不得而知,但是以我們科技技術所能及的位置看來,宇宙之大仍無法捉摸。甚至當我們閉上眼,仔細地擴張我們腦海里那張“3D宇宙圖”時,仍然無法想象宇宙的邊界是什么?邊界之外又會是什么?邊界之外如果什么都沒有那會不會是系統CPU不足?那我們身處世界是否是游戲世界?身邊的人都是NPC?(扯遠了。但再說句誅心的話,即使題主們都是NPC,這個游戲世界之外又是否有邊界?總之宇宙的空間大小是我們現在無法探究的,但是時間可以。眾所周知,光的速度是可知的,在生活中,我們目光所能及的事物還未超出光的速度極限,但宇宙的大小卻遠遠超出了。
因而我們必然知道,當我們觀測宇宙時,看到的東西是有“延遲”的,例如我們所看到的月球實則是1.28秒之前的月球,而看到的太陽則是8.3分鐘之前的太陽。隨著距離的加大,我們所能看到的宇宙也就越古老。對,你猜的沒錯,如果我們能夠觀測到137億光年外的宇宙我們甚至可以看到宇宙大爆炸的景象。但這不是重點,重點是137億年前的宇宙大爆炸同時也成為了光的極限,或稱距離的極限,距離我們137億光年外的地方射向我們的光還遠遠沒有到達我們這呢。所以在這個情況下,宇宙是存在邊界的。
另外,我們又是否能夠真的感受到所有頻次光波?我們知道,哈勃望遠鏡在拍攝太空深處的照片時使用的是紅外線拍攝,因而照片看起來絢爛而且明亮,這是因為太空深處的光線抵達地球時多為紅光,若非紅外線拍攝是無法拍出好看的照片的。為何遠處的光線抵達時會是紅光?這要從多普勒提出的多普勒效應說起。多普勒曾在一次鐵路旁行走時發現一個有趣的現象:當火車靠近,汽笛聲變得短促而高昂,遠離后變得緩慢低沉。
他便是從中發現了“頻移”現象,即聲波與接收體的距離會改變聲波的頻次。同樣,光也是一種波,因而光波也隨距離的變化發生“紅移”現象,當距離不停變遠時,光線會向光譜上的紅色移動,逐漸進入人眼無法感知的區域。離我們很遠的恒星正在以不可思議的速度遠離我們,越遠的光線越不可見,年輕的宇宙更是限制了宇宙的邊界。所以這么看來,宇宙看起來是黑的也很正常嘛!
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