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题主的这个问题是历史上一个非常著名的问题,即“奥伯斯佯谬”,这个佯谬指出,如果宇宙是无限且静态的,那么无论在哪个方向看,视野中都应充满恒星,且整个夜空应该非常明亮。但实际情况明显相反,黑暗才是宇宙的主色调,具体原因可简单解释如下:
- 宇宙的膨胀:奥伯斯佯谬中假设了宇宙是无限且静态的,这显然与我们的认知相违背,起初这个佯谬的提出也是为了攻击静态宇宙这一错误理念。实际上,宇宙是非常大且在不断膨胀的(膨胀速度非常快,按照哈勃定律,距离我们非常远时膨胀速度甚至可以超光速),光从恒星发出后需要经过很长的时间才能到达我们这里,并且在宇宙膨胀的影响下,光在传播过程中会被“拉伸”成更长的波长,向红外方向偏移,甚至超出可见光范围,成为了宇宙微波背景辐射,这种现象叫做“红移”。因此距离远且存在红移使得恒星的可见光在我们这里变得非常微弱,这也是导致宇宙黑暗最主要的效应。
“红移” 图片来源于网络
- 宇宙年龄是有限的:同样与奥伯斯佯谬中假设的相反的是,宇宙并不是无限的,而是有一个有限的年龄,大约138亿年,并且光基本是以光速在宇宙中传播,因此距离我们超过138亿光年的恒星发出的光还没有到达,只有在138亿光年内的恒星的光才会传到地球。这也导致了我们无法接收到宇宙中所有恒星发出的光。
- 其他原因:以上两条是被最广泛接受的解释,除此之外还有一些原因导致了宇宙是黑暗的,如宇宙中充满了尘埃和气体,这些物质会吸收或散射恒星的光;恒星在宇宙中分布不均匀,宇宙中存在很大的空旷空间等等。
参考资料:
- 赵峥. (2011). 大爆炸和宇宙学红移中常被误解的几个观念. 大学物理, 30(2), 9-9.
- Assis, A. K. T. (1992). On Hubble’s law of redshift, Olbers’ paradox and the cosmic background radiation. Apeiron, 12(10).
- Wesson, P. S. (1989). Olbers' paradox in astronomy: history, nature and resolution. Science Progress (1933-), 133-146.
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