為什么夜晚的天空是黑色的

宇宙中存在著許許多多的奧秘，有的可以被解釋，有的至今仍是一團謎。需要繼續(xù)思考探索。那么小朋友們你們知道夜晚的天空為什么是黑色的，而不是白色或是藍色的嗎?今天就和小編一起去尋找答案吧。

自古以來，人們就不斷地對宇宙進行種種猜測。古代的人們曾經(jīng)認為星星是鑲嵌在一個透明球面上的。中國最古老的宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說蓋天說的基本觀點是天圓地方。托勒政的地心宇宙體系和哥白尼的日心地動宇宙體系中都包括恒星天球的內(nèi)容。中世紀的思想家尼古拉認為宇宙是無限的。牛頓把空間和時間的無限性作為他的理論的基本原理。他還推斷：星星的數(shù)目必定是無限的，而且相當均勻地分布在空間。觀測上，英國著名的天文學(xué)家威廉·赫歇耳和約翰·赫歇耳父子宣布,至少某些可觀測星云是與銀河系具有相同尺度和結(jié)構(gòu)的由分立的恒星組成的系統(tǒng)。這些星系居于整個宇宙之中。

19世紀天文學(xué)家普遍認為可觀測宇宙必須是靜態(tài)、無限的和均勻的。而對靜態(tài)、無限、均勻的宇宙的一個著名反對意見即夜黑問題，也稱奧伯斯佯謬。這個佯謬是說, 若恒星發(fā)出的光不變且都相同，而空間又是歐幾里得的(平直的)，則在此種宇宙中整個天空的亮度看起來是均勻的，且與太陽一般亮。

因為無論從哪一個方向觀看天空，視線都會碰到一個星星。這一點可以用一個簡單的幾何論證說明：現(xiàn)考慮進入人眼的一束細長的錐形光線。雖然恒星表面的視亮度與距離平方成反比，但錐體的截面積(或恒星的數(shù)目)隨距離平方而增加，則集中在錐體內(nèi)的光與它從什么地方發(fā)出沒有關(guān)系，因而整個天空就要亮得像太陽一樣，實際上夜空卻是黑的。

如何才能消除觀測與理論之間的矛盾呢?

奧伯斯的推導(dǎo)基于以下的宇宙學(xué)觀點：

1.宇宙物質(zhì)是均勻分布的。

2.宇宙是靜態(tài)的。

3.宇宙是無限的。

4.宇宙存在的時間已經(jīng)無限長。為了避免夜晚的天空像太陽那么亮的結(jié)論，我們必須重新考察上述觀點。一個平均密度隨觀測距離的增大而減小，并以零為極限的等級式宇宙模型可以消除佯謬，但要付出失去均勻性的代價。但迄今為止的觀測結(jié)果是：宇宙物質(zhì)在大尺度空間內(nèi)的分布是均勻和各向同性的。這個觀點稱為宇宙學(xué)原理，是現(xiàn)代宇宙學(xué)理論所必須依據(jù)的公理。上述第一點符合宇宙學(xué)原理，應(yīng)予保留。這樣等級式宇宙模型應(yīng)該放棄。

由于奧伯斯假定恒星發(fā)光不變，這一點今天看來最成問題。如果假定恒星并不是永遠那么亮，而是在有限的過去才開始發(fā)光，由于遠處恒星的光線尚未到達我們這兒，這也可以避免整個天空像太陽那么亮的結(jié)論。這使我們面臨著是什么? 首次是使恒星發(fā)光的問題。如此看來一個具有有限過去的宇宙可避免奧伯斯佯謬。此時宇宙在時間上有個開端。另外一個有足夠大膨脹速率的宇宙也能避免奧伯斯佯謬，即使它具有無限的過去。因為根據(jù)量子理論的觀點，光子的能量正比與其頻率。遠距離高速追行光源的光線 將產(chǎn)生非常大的紅光，因而其能量將相應(yīng)減小，使其總和保持有限，甚至可忽略不計。由于觀測上尚無放棄宇宙學(xué)原理的理由，第一條觀點應(yīng)該接受，而第二、第四條應(yīng)該重新考慮。

20世紀初，愛因斯坦創(chuàng)立了廣義相對論，這就為研究宇宙的整體結(jié)構(gòu)提供了理論基礎(chǔ)。宇宙的整體性質(zhì)由引力場方程決定。荷蘭物理學(xué)家德西特首先獲得了引力場方程的一個宇宙解，但它是動態(tài)的而不可能是靜態(tài)的：宇宙要么是膨脹的，要么是收縮的。觀測上，哈勃發(fā)現(xiàn)河外星系的視向退行速度與距離成正比，即距離越遠，視向速度越大。這說明宇宙空間中任意兩個星系間的距離都在增大，宇宙在膨脹。

如果一個膨脹的宇宙沿時間反溯回去將會達到一個原始的超密態(tài)，也就是宇宙于過去某一時刻創(chuàng)生于一次原初物質(zhì)的大爆炸過程。這就是大爆炸宇宙學(xué)的宇宙模型。為了理論預(yù)言和實驗觀測相一致，宇宙在極早期曾經(jīng)歷一個暴脹階段。顯然一個具有有限過去而正在膨脹的大爆炸宇宙模型能避免奧伯斯佯謬。還有一個具有無限過去的穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型，它雖能消除佯謬，但卻要破壞能量守恒且不能解釋宇宙微波背景輻射等，已經(jīng)不再為人們所接受。綜上所述，現(xiàn)在觀測到的宇宙在膨脹，這是科學(xué)界公認的。經(jīng)歷一個暴脹階段的大爆炸宇宙學(xué)模型是一個成功的模型，其理論預(yù)言與實驗觀測十分吻合。顯然這是一個動態(tài)的宇宙學(xué)模型，且宇宙在時間上可能有一個開端。這樣看來，對于一個均勻、靜態(tài)、無限的經(jīng)典宇宙學(xué)模型，其第二、第四條觀點不成立。如果放棄這兩條，也就自然不會得出夜晚的天空像太陽那么亮的荒謬結(jié)論。

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