夜為什麼這樣黑?

夜為什麼這樣黑?

也許你會以為我是在逗你。這麼簡單的問題,小學地理課本上都說了:那是因為地球自轉啊!!!

不過,有一些看似簡單的常識問題,會不斷隨著我們知識的升級而受到挑戰。它們未必是那麼經得起推敲。

咱們來仔細想一下就能知道這事是多麼尷尬。你看到夜晚天空掛著美麗的星星,小學課本里一定會告訴你星星同太陽一樣,都叫恆星。它們能量巨大,都如《男兒當自強》里唱的:比太陽還「光」。

那麼問題來了:如果宇宙是均勻的和無限的,也會有無限多的星星。所以不管你向哪看,應該都能看到從無數個星星發出的光。凝視夜晚天空的任一點,我們的眼睛都應該接收到無限數量的光線。因此,夜晚的天空應該是一片火海。

但事實是,夜晚的天空是黑的,不是白的!

我暈,小學課本又騙了我?

其實,這個問題叫做奧爾貝斯悖論(Olbers Paradox),這在以前是只有真正關心宇宙樣貌的大學究們才會思考的問題。它是個微妙卻又意義深遠的宇宙矛盾。

早在17世紀,這個問題就在大物理學家,約翰尼斯·開普勒的備忘錄里,卻到19世紀都沒解決,簡直要把牛頓也一起逼瘋。它看上去簡單,卻使很多代的哲學家和天文學家苦惱不堪。

幾個世紀以來,人們提出了很多「暫時看起來能接受」的解釋。對這個悖論的回答是如此混亂,以至於1987年的一項研究表明:那時70%的天文學教科書都給出不正確的回答。讓我來舉例幾個:

先不提「地球自轉」這個不攻自破,壓根不搭邊的答案。至少開普勒就被這個悖論困得走投無路,只好推測「宇宙是有限的,被一個外殼所包圍,只有有限數量的光線能夠到達我們的眼球。所以天空才是黑的。」不管如何,它至少能算是個解釋。

另一種是1823年奧爾貝斯本人的解釋,他認為光線被宇宙的雲塵吸收了。他說:「如果天穹每一點的光線都能到達地球,亮度和熱度將不可想像。幸運的是,宇宙的塵埃吸收了大量的熱和光,地球上的生命才能生存。」

但是,這個理由不久就被質疑了。因為雖然恆星是發光天體,但是其他的天體(除了黑洞)只要吸收了來自無數星球的光線,最終也將一樣發光或者也能折反射光線,如同月亮。因此,即使是塵雲也應該在夜晚的天空發光。

還有人說:星星離得越遠就越暗,所以它們的光線太弱可以忽略不計。但這也無法解釋悖論。越是遙遠的距離,星星應該越是多。換句話說,雖然光線弱了,但光源多了。在均勻的宇宙中,這兩者的效果相互抵消,夜晚的天空仍然應該是白的。

就在20世紀初的物理學家們為此絞盡腦汁的時候,他們驚奇的發現,這個問題的答案居然早在100多年前被一個腦洞極大的美國神秘作家埃德加·愛倫·坡(Edgar Allen Poe,1809-1849)解決了。他是一位天文學的長期業餘愛好者,還解決了很多其他天文謎題。

就在臨死前的一部叫做《我發現了》(Eureka)的散文詩中,他精鍊卻完整地寫道:「展現在我們面前,天空的背景應是均勻照明的。因為在整個宇宙背景中有無數的星星。如果我們看不到它們,原因只能是:那不可見的背景,使得它們的距離如此遙遠,以至根本沒有光線能到達我們這。」

沒錯,真正的原因是:無數光線還在趕來地球的無盡旅途中,人類的有生之年根本無法看到它們。

光從遙遠的星球到達地球需要時間,這個時間既不是月也不是年,而是按宇宙時間來度量,通常單位是「億年」。科學家計算現在的宇宙約137億年,相比較人類星球那微不足道的壽命壓根不足以看到遙遠光芒到達的那一刻。

況且,星星的壽命也只有幾十億年。所以,當你要遙望夜晚的天空時,你看到的是星辰們過去的樣子,而不是現在的情況。很可能你夜晚看到的閃亮新星,實際已經油盡燈枯了。

現在,天文學家已經在這個問題上大大超越了。利用最先進的哈勃空間望遠鏡,他們不僅驗證了愛倫·坡解答的正確性,還有了更進一步的解釋:如果我們的眼睛能或多或少看到微波輻射,那麼夜晚天空實際上也不是黑色的,而是來自宇宙大爆炸後殘留的背景輻射(非可見光線)充滿夜空。這就是詩里所說的「不可見的背景」——奇妙的宇宙空間。

地球以空間大小為常識,而宇宙卻以時間長短為量綱。一旦換一種角度,天空的顏色立即就不一樣了呢。

本文根據 加來道雄 的名著《平行宇宙》中的段落 編寫。

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