03.07 宇宙為什麼是黑色?

曾傳新


宇宙從來也不是黑的,我們夜晚仰望星空,難道不是繁星滿天嗎?

宇宙中有99%以上是等離子體。什麼是等離子體?通俗的說就是高溫電離氣體,發出熾熱的光。

所謂電離就是部分電子離開了原子核,成為帶負電的自由電子,而原子核帶者剩餘的電子成為帶正電的離子。等離子體就是有這樣一堆被電離的粒子組成,又叫電漿,這些熾熱的電漿不斷地發出能量。

宇宙中主要由恆星組成,恆星核心都是進行著核聚變的天體,溫度達到千萬度乃至數億度,因此恆星整體是一個等離子球體。

這裡說的宇宙是黑的,大概是說繁星點點是鑲嵌在黑色背景上吧?這黑色背景並不能代表宇宙,只能代表宇宙空間。

那麼宇宙空間為什麼是黑黑的呢?

主要原因是宇宙空間太稀薄了。宇宙從大爆炸前的無限密度,經歷了138億年的高速膨脹,已經成為一個可觀測直徑930億光年的大空間。

在這個可觀測直徑裡,宇宙物質質量是有限的,因此是一個極其空曠的空間,平均每立方米空間只有1個粒子,也就是說,宇宙密度只有我們地球空氣的千億億億分之一。

這個密度是把全宇宙地恆星天體都打散了,均勻地散佈在宇宙中計算的。

在這樣的密度下,即便每個粒子都發著光,但憑著這個粒子的能量,無法照亮1個立方厘米的空間,而一個立方米有100萬立方厘米,也就是在100萬立方厘米的空間,只有1個立方厘米有些許光亮,這樣宇宙當然只能是黑暗的。

人眼是憑光來感受一切物質的,物質不發光或者沒有物質反射光,人眼就什麼也看不到,只能看到黑暗。

恆星之光雖然很亮,亮到距離億萬光年我們還能夠通過望遠鏡觀測到。但宇宙空間由於密度極低,高度真空,恆星之光在這空曠的空間沒有、或者極少與粒子交互作用,沒有反射折射和散射,因此宇宙背景就只能是黑暗的。

在地球上,有密密的大氣,每立方厘米幾十億億個大氣分子,太陽之光照射到這些大氣分子上,就會反射折射散射,所以即便沒有被陽光照耀到的地方,也有光明;而在月球高真空狀態下,有陽光和沒有陽光的地方就是白黑分明。

月球上被陽光照耀的地方溫度達到127度(攝氏度,後同),沒有陽光的地方溫度可降到-183度。

月球還是有極其稀薄的大氣粒子存在的,每立方厘米有幾千到數萬個氣體粒子。而太空中每立方米才平均1個粒子,所以溫度接近絕對零度,也就是零下270度左右。在這樣的環境中,不黑暗才怪呢。

就是這樣,歡迎討論。


時空通訊


這個問題幾百年前就有人問過,這個人是德國人奧伯斯。1826年,德國天文學家H.W.M.奧伯斯提出,一個靜止、均勻、無限的宇宙模型會導致如下結論:黑夜與白天一樣亮。但實際上夜空卻是黑的,為什麼?理論同觀測的這種矛盾稱為“奧伯斯佯謬”。奧伯斯佯謬的現代版更確切的表述是:如果宇宙是穩恆,無限大,時空平直的,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。目前對於宇宙為什麼是黑色的?是這樣解釋的:首先,我們的宇宙是有限的,不但在時間上有限,而且在空間上也有限,宇宙中那些發光的天體還來不及鋪滿整個宇宙,它們發出的光也來不及遍佈整個宇宙。其次是,由於宇宙的膨脹,宇宙大爆炸時剩餘的光線都已經紅移到了微波頻率,不是可見光了,無法被看到了。於是,宇宙就成為了黑暗的。


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