伽利略、开普勒和哈雷都未能正确回答的问题，只和三个原因有关
天文同好乐园2019-05-26 20:59
1823年，一位名叫奥尔贝斯的业余天文学家提出了一个听上去“很傻很天真”的问题：夜空为什么是黑的？如果宇宙是均匀和无限的，夜空中一定均匀地布满了无限数量的恒星，而我们的眼睛也将接收到无限数量的星光，那么夜晚的天空就将和白天一样明亮。而实际情况恰恰相反，在无月的夜晚，我们头顶的天幕上除了有限的几点星光外，漆黑一片。
这种理论和实际的矛盾，在物理学上称为“佯谬”，因此，奥尔贝斯提出的这个矛盾问题，后来被人们称为“奥尔贝斯佯谬”或者“奥尔贝斯悖论”。但其实，这个问题并非由奥尔贝斯首先提出，再往前可以追溯到伽利略和开普勒时代。1610年，当伽利略用自制的望远镜发现夜空中有无数凭肉眼无法看到的恒星后，他认为宇宙一定是无限的，而恒星的数量也是无限的。而当开普勒得知伽利略的观点后，给伽利略去信进行了反驳。
开普勒认为，如果无限的宇宙中布满无限的恒星，那么夜空就不会是一片黑暗。他打比方说，假如你身处无边无际的森林中，当你看向四周，视线所及只能看到无数的树干连成一片，没有任何间隙。只有当你身处一小片森林中，才能透过有限数量的树干的间隙看到外面的世界。同理，如果宇宙是无限的恒星数量也是无限的，那么无数的恒星将占据夜空中的每一个点，所以恒星发出的光将连成一片，夜空将比白天还要明亮。所以宇宙一定是有限的，它被一层外壳所包围。
这场伽利略和开普勒之间的争论，最终由奥尔贝斯提出并广为人知。在前后的几个世纪中，这个看上去很简单的问题却困扰了几代哲学家和天文学家，人们提出了很多现在已经知道是不正确的答案，如开普勒所认为的宇宙是有限的存在一个外壳；又如奥尔贝斯本人提出的是尘埃云遮挡了星光；更多的人则倾向于由哈雷提出的因为恒星离得越远星光就越暗淡的观点，等等。对这个悖论的回答相当混乱，在20世纪90年代有一项研究表明，当时70%的天文学教科书都给出了不正确的答案。
但是，认为恒星离得越远星光就越暗淡这个回答，实际上已经快要接近于真相了，但仍然是错误的回答。非常遥远的恒星的确看上去很暗淡，但是你看得越远，你看到的恒星也就越多，在均匀的宇宙中这两者的效果可以相互抵消。这是因为星光的强度随距离的平方较小，而恒星的数量随距离的平方增加，两者抵消。
随着天文学和宇宙学的发展，近代人们对这个问题逐步有了清楚的认识，正确的答案其实和宇宙体积的有限或无限无关，而是和宇宙的年龄和恒星的寿命有关。从主流的宇宙大爆炸理论来看，宇宙并不是无限的老，它有一个起点，而到达我们眼睛的光线有一个有限的速度限制，从最遥远恒星发出的光还来不及达到地球。另外，宇宙中恒星的寿命是有限的，一般以几十亿年计，那些距离遥远的恒星发出的光甚至还来不及到达地球，恒星就已经死亡了。
最后，因为宇宙在不断地膨胀，空间的膨胀导致光线在传播过程中波长变长，能量也因此降低了，一部分可见光已经衰减为波长更长的红外线和微波，而这些光都是肉眼不可见的。综上所述，因为宇宙太年轻，因为恒星寿命有限，又因为宇宙在膨胀，所以我们头顶的夜空必然是黑的。一个简单的问题其实蕴含着宇宙无穷的奥秘！
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