夜空為什麼是黑色的

01-30

人們在吟誦「黑夜給了我黑色的眼睛」時，總是不記得思考黑夜為什麼是黑的——這看上去太理所當然了。

然而任何關於宇宙的問題都不會是簡單的問題，這個奧伯斯佯謬從醞釀到發展已經經歷了4個多世紀，我們直到最近才有了令人滿意的答案——這也令「黑夜」成為了從日常經驗一窺宇宙深遠根源的經典案例。

是的，我們這個宇宙如此龐大複雜，但它是一個相當完整的存在，這令我們對它秩序的探索就像推敲一個巨大的數獨那樣格外有趣。

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以下是視頻文字稿：

「黑色的夜空」——這恐怕是人類最早達成的色彩觀念了。當然了，夜空是黑色的，乃是因為太陽消失在地平線以下，夜晚半球的人不再沐浴在它的恩澤之下——這也是我們早就知道的事情。
大約從伽利略自製望遠鏡觀察星空開始，我們發現了另外一些事情：夜空中璀璨的群星原來並非渺小而不起眼的陪襯，那些遙遠的恆星與太陽一樣散發著熾烈的光和熱，甚至比太陽還要巨大。
而如果我們將眼界放得更寬廣一些，我們這個擁有2500億顆恆星的銀河系也不算什麼，宇宙中有大大小小數不清的星系。上世紀90年代，哈勃望遠鏡對大熊座的一小塊天空連續拍攝了10天，得到一張著名的照片，稱作「哈勃深空」——這塊天空只有144弧秒，相當於從100米外看1個網球，但上面有3000多個物體，全是極其遙遠的星系，每一個都含有幾十億乃至數千億顆光芒四射的恆星。據此估算，整個天幕中將有1700多億個星系，挨挨擠擠布滿了整個夜空。

這麼說，只要時間足夠，恆星發出的光總能抵達地球所在的位置，但既然夜空中有這麼多恆星，為什麼偏偏要太陽來照亮？
早在17世紀，開普勒就動過這個念頭，18世紀那個發現周期彗星的哈雷也思考過它，最終由19世紀初的德國天文學家海因里希·奧伯斯（Heinrich Olbers）系統闡述了這個問題，所以「夜空為什麼是黑色的？」也叫「奧伯斯佯謬」。
對於這個問題，天文學家們設想過最直接的答案，就是宇宙並非無限大——至少沒有無限顆恆星，開普勒就持有這種觀點。但如果這是真的，宇宙就有了萬有引力的中心，一切都將在加速度中坍縮在一起。或者，我們只能看到宇宙的一小部分，開普勒還曾提出過宇宙中有一堵黑暗的牆遮蔽了一切遠方的星光——這當然太荒謬了。
哈雷的看法就理性得多，他認為越遙遠的恆星越暗弱，而且會被更近的恆星遮擋，所以不會給夜空貢獻什麼光亮——但這些看法完全建立在仍然幼稚的天文學上，是純粹的錯誤。比哈雷年輕半個世紀的瑞士天文學家夏西亞科斯提出了一個更好的解釋：擋住遙遠恆星的東西不是一堵黑暗的牆，而是瀰漫在宇宙中的氣體和塵埃，或者用今天的辭彙，「暗星雲」——可惜這個解釋仍然不能成立，根據熱力學第一定律，那些塵埃和氣體會被星光曬得越來越熱，只要時間足夠長，就會和那些恆星一樣熱，以至於自己發出光來——就像那些耀眼的「發射星雲」。
正確的答案是：宇宙既然不是有限大，那就只能是有限老，或者說，宇宙在時間上有開端；同時，遙遠星光還因為物質遮擋之外的原因無法抵達地球，或者說，宇宙膨脹帶來的紅移。對於前者，宇宙在時間上的開端就是宇宙大爆炸——這可不是一個單純的假說，哈勃定律、宇宙輕元素丰度、微波背景輻射，以及宇宙大尺度結構，都以最嚴謹的觀測事實支持了這個結論：宇宙誕生於138億年前的一次大爆炸。

但這並不意味著我們只能觀測138億光年外的天體，因為大爆炸之後的宇宙處於不斷的膨脹中，這產生了兩種相反的效果：一方面，某些古老的天體已經飛到相當遙遠的地方，超過了138億光年；另一方面，天體彼此遠去時發生了強烈的多普勒效應，遙遠的星光變成了人眼不可見的紅外光、微波、無線電，甚至永遠不能抵達地球。——這最終形成了一個可觀測宇宙的邊界，直徑大約910光年，但僅憑肉眼，我們通常最遠只能看到仙女座星系，距離我們254萬光年，也只是一個模糊的斑點而已。

所以我們今天的結論，是宇宙大爆炸和隨後的持續膨脹帶來了黑色的夜晚，人類在夜空下的所有歷史都是對它的真切見證。