02.06 夜晚為什麼是黑的?這其中竟然包含著宇宙起源的深刻道理

夜晚為什麼是黑的?這其中竟然包含著宇宙起源的深刻道理

夜晚為什麼是黑的?有人可能會說,因為地球會自轉,當夜晚的時候,太陽照射到的是西半球(中國是在東半球),所以就會是黑暗的。這裡我們只能說讀者沒有看懂問題。

這個問題又稱奧伯斯佯謬,由德國天文學家奧伯斯於1823年提出,是指若宇宙是穏恆態而且無限的,則晚上應該是光亮而不是黑暗的。黑暗的夜晚印證了宇宙是非穏恆態的,是大爆炸理論的證據之一。奧伯斯佯謬又稱夜黑佯謬或光度佯謬。這個矛盾是從觀測和理論相聯繫的角度考慮宇宙的大尺度性質時提出來的。它標誌著科學的宇宙學的萌芽。

靜態宇宙的觀念是如此之強,甚至愛因斯坦於1915年發表其廣義相對論時還非常肯定宇宙是靜態的。因此他不得不在他的方程中引進一個所謂的宇宙常數來進行修正。他引入一個“反引力”,這個力是無源的,是空間-時間結構所固有的。他宣稱空間-時間內在膨脹的趨勢,剛好可以平衡宇宙間各物質的相互吸引,結果形成了靜態的宇宙。這個理論在以後被愛因斯坦稱為是“一生中最不可原諒的錯誤”。

夜晚為什麼是黑的?這其中竟然包含著宇宙起源的深刻道理

對於無限靜止的宇宙首先發難的就是奧伯斯。他指出,如果宇宙是無限靜止的和均勻的,那麼觀察者每一道視線的終點必將會終結在一顆恆星上。那麼不難想象,整個天空即使是在夜晚也會象太陽一樣明亮。反映在數學上就是:如果宇宙是穩恆態的,無限大的,時空是平直的,其中均勻分佈著同樣的發光體,由於發光體的照度與距離的平方成反比,而一定距離上球殼內的發光體數目和距離的平方成正比,這樣就使得對全部發光體的照度的積分不收斂,黑夜的天空應當是無限亮的。

有人提出反駁:遠處恆星的光線被它經過的物質所吸收而減弱。其實這看似有理的反駁是站不住腳的。因為吸收光線的物質將最終被加熱到發出和恆星一樣強的光為止。無限靜態宇宙只有一種情形能避免夜空象白天一樣明亮,那就是:恆星不是在無限久遠以前就開始發光。在這種情形下,光線所經過的物質尚未被加熱,或者遠處的恆星光線尚未到達地球。於是又面臨著一個問題:是什麼使恆星第一次發光?這就是人類探索了無數世紀的問題——宇宙起源。

著名哲學家康德曾在他的里程碑式的著作《純粹理性批判》中深入的辨析了宇宙在時間上有無開端、空間上有無極限的問題,他稱這個問題是純粹的二律背反(即矛盾性)。他論證道:如果宇宙沒有開端,則任何事件前都必有無限的時間,這是荒謬的;而如果宇宙有一個開端,那麼宇宙開端前是什麼時間呢?康德認為正反兩方面都存在令人信服的論據。現代的大爆炸學說對宇宙的起源做了偷懶的解釋,也就是:在宇宙開端之前的時間概念是沒有意義的。

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