“夜晚的天空為什么是漆黑的?”這是一個(gè)古老的問題,19世紀(jì)的天文學(xué)家H.奧伯斯,曾為這個(gè)古老的問題困惑過,因此曾被稱為“奧伯斯佯謬”。
當(dāng)時(shí)人們推論,如果宇宙是無(wú)限的,那么,它就會(huì)有無(wú)限多顆發(fā)光的恒星,即使絕大多數(shù)恒星離我們很遠(yuǎn),顯得很暗淡,但無(wú)限多個(gè)暗淡星光的迭加,也會(huì)形成巨大的光芒。這不是與我們看到的夜晚天空是漆黑的矛盾嗎?
奧伯斯是一位天文學(xué)家,他知道恒星的亮度與距離的平方成反比,即距離增加1倍,星光減弱為1/4;距離增加到3倍,亮度減弱為1/9等。但另一方面,距離增加1倍,恒星的數(shù)量也增加4倍;距離增加到3倍,恒星的數(shù)量則增加到9倍,即恒星的數(shù)量隨距離而呈平方正比地增加,這兩個(gè)因素可以相互抵消。這樣,在給定的距離中所有恒星的積累光強(qiáng)度是一樣的,與距離無(wú)關(guān)。因而,無(wú)限恒星光度的增加,總的星光亮度是無(wú)限的,夜空應(yīng)該是無(wú)限亮的,而實(shí)際上是黑的。
也許可以這樣來(lái)解釋,由于在無(wú)數(shù)的恒星之間,它們會(huì)相互遮擋,因而到達(dá)地球的光不會(huì)是無(wú)限大的。光可以被遮擋,但是,根據(jù)熱力學(xué)理論,熱傳播是擋不住的。無(wú)限個(gè)恒星把熱量灑向空間,會(huì)使宇宙空間的溫度不斷升溫。這樣,地球周圍空間的溫度,即使不會(huì)是無(wú)限大的,也會(huì)是很大很大的。當(dāng)所有恒星發(fā)出的熱,使宇宙空間達(dá)到恒星自身的表面溫度時(shí),整個(gè)宇宙處于熱動(dòng)平衡狀態(tài)。這時(shí)整個(gè)宇宙空間應(yīng)該是幾千K的溫度,夜晚的天空應(yīng)該是在這個(gè)溫度上發(fā)光。即使在經(jīng)過100多億年后的今天,宇宙空間還沒有達(dá)到熱動(dòng)平衡狀態(tài),但至少不應(yīng)該是漆黑的。
再說,宇宙處于熱平衡時(shí)的溫度,相當(dāng)于現(xiàn)在把地球放在離太陽(yáng)表面100萬(wàn)千米(實(shí)際距離的1/150)的地方,那樣,地球因酷熱而不復(fù)存在。
那么,問題出在哪里呢?
首先,恒星不是永恒地燃燒的,嬰兒恒星和死亡了的恒星不發(fā)光,發(fā)光的主序恒星有一定的壽命。
其次,宇宙不是靜止的,而是在不斷地膨脹著。
最后,也是最根本的,宇宙不是無(wú)限的,它有有限的年齡,有有限數(shù)量的恒星。宇宙是在約140億年前誕生的,那么,在140億光年距離以外的第一代恒星所發(fā)出的光,以及在一定距離外誕生的新恒星(如10億光年外不足10億年的恒星)發(fā)出的光,還沒有到達(dá)地球上空。
因此,有限的宇宙和有限數(shù)目的恒星的光的迭加,也是有限的,而且是很微弱的。從熱力學(xué)角度看,就是從宇宙誕生至今,還沒有達(dá)到熱平衡所需要的足夠時(shí)間。
(摘自廣西人民出版社《宇宙簡(jiǎn)史》 編著:李龍臣)