http://gezhi.org/taxonomy/term/885 The taxonomy view with a depth of 0. zh-hans http://gezhi.org/node/923 <p>转方舟子一篇文章：<a href="http://xys.dxiong.com/xys/netters/Fang-Zhouzi/bingdian/nightsky.txt">为什么夜空是黑暗的？</a>附上维基百科的<a href="http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E5%A5%A7%E4%BC%AF%E6%96%AF%E4%BD%AF%E8%AC%AC&amp;variant=zh-hans">奥伯斯佯谬</a>条目内容。</p> <p>－－－－－－－－－</p> <p> 为什么夜空是黑暗的？</p> <p> ·方舟子·</p> <p> 奥伯斯（1758～1840）出生于德国不来梅附近的一个小村庄，19岁<br /> 那年到哥廷根学医。哥廷根大学的一个特色是学生享有学习的自由，学医<br /> 的奥伯斯在那里也能跟着有“德国数学之师”之称的数学教授、天文台<br /> 台长凯斯特纳学数学和天文学。毕业后，奥伯斯回到不来梅当医生，但<br /> 他的真正兴趣是天文学。他白天行医，晚上则在改造成天文台的自家顶楼<br /> 进行天文观测，天天如此，每天睡觉时间不超过4个小时。</p> <p> 奥伯斯还在上大学的时候发现了一个计算彗星轨道的方法，沿用至<br /> 今。此后他共发现了5颗彗星，其中一颗后来以他的名字命名。1801年新年<br /> 的晚上，意大利天文学家皮亚齐发现了第一颗小行星谷神星，再想进一步<br /> 观察时却找不到它了，是奥伯斯在那一年的年底根据数学家高斯的计算<br /> 重新发现了它，平息了谷神星是行星还是彗星的争论。奥伯斯本人后来<br /> 发现了两颗小行星：1802年发现第二颗小行星智神星，1807年发现第四颗<br /> 也是最亮的一颗小行星灶神星。不过奥伯斯在现在最广为人知的，是在1823<br /> 年提出了一个听上去很傻的问题：为什么夜空是黑暗的？如果宇宙是无限<br /> 的，恒星均匀地布满天空，那么夜晚的天空也将和白天一样明亮。</p> <p> 实际的情况当然并非如此。这种理论和实际的矛盾，物理学上称为佯<br /> 谬。奥伯斯指出的这个矛盾，后来就被称为奥伯斯佯谬。其实，它并不是<br /> 奥伯斯首先提出的。1610年，伽利略用望远镜发现空中有无数肉眼看不到<br /> 的恒星后，认为宇宙是无限的，恒星的数量也是无限的。开普勒不以为然，<br /> 给伽利略去信指出，如果那样的话，夜空就不会是黑暗的。他打了一个比<br /> 方。假如你站在无边无际的森林中向前看，不论你往哪个方向看，都只能<br /> 看到一根根的树干连成一片挡在你的眼前，看不到任何间隙。只有当你是<br /> 在一片小森林中时，才能透过树干的间隙看到外面的世界。同样的道理，<br /> 如果宇宙是无限的，那么恒星将占据了天空的每一点，它们发出的光终将<br /> 抵达地球，所有的恒星发出的光都将连成一片，就像我们在夏天看到的银<br /> 河一样。既然实际情况是恒星彼此之间有黑暗的间隙，那就说明宇宙是有<br /> 限的，透过这些间隙我们看到的是一堵包围宇宙的黑暗围墙。</p> <p> 但是后来的天文学家都相信宇宙在空间上和时间上都是无限的。怎么<br /> 解决这个矛盾呢？18世纪初英国天文学家哈雷提出了一个容易想到的解决<br /> 方案：远处恒星发出的光线在抵达地球时强度变得十分弱，无法被我们看<br /> 到。但是这个解释是站不住脚的。虽然光线的强度按距离的平方而减少，<br /> 但是在一个无限大的宇宙中，天空的体积也即恒星的数量将按距离的平方<br /> 而增加，也就是说，在远处某一点恒星数量增加的比例恰好等于光强度减<br /> 少的比例，二者互相抵消，总的光强度与距离远近无关。如果多数恒星都<br /> 和太阳一样，天空的每一点都应该和太阳盘面一样亮。天球的面积是太阳<br /> 盘面的18万倍，那么照射地球的星光亮度也应该是阳光的18万倍。</p> <p> 奥伯斯提出的解释是，太空并不是“透明”的，遥远恒星发出的光被<br /> 弥漫在恒星之间的稀薄物质云给遮挡、吸收了。但是在热力学定律被发现<br /> 之后，这个解释也经不起推敲了。根据热力学定律可知，假如有太空物质<br /> 遮挡住星光，光能将会被吸收转化成热能，这些能量最终要重新被辐射出<br /> 来，从而也要发光（虽然光的波长可能不同），天空仍然还是一片明亮。</p> <p> 要解决这个佯谬的唯一办法是否定其大前提，即宇宙不是无限的，因<br /> 而恒星数量是有限的。但是这还不够。即使恒星数量是有限的，其数量也<br /> 近乎无限，足以照亮整个夜空。1848年，美国小说家爱伦坡在一篇随笔中<br /> 指出，唯一的出路是假定远处的星光还来不及照到地球上来。也就是说，<br /> 宇宙在时间上有一个起点，而且宇宙的年龄还没有老到足以让我们见到<br /> 所有远处恒星发出的光。</p> <p> 我们现在知道宇宙的年龄的确是有限的，宇宙是在大约137亿年前大<br /> 爆炸形成的。而计算表明，要把地球的夜空全部照亮，要花上以亿亿亿年<br /> 计的时间，远处的星光才能都抵达地球。显然我们的宇宙还太年轻了。</p> <p> 而且宇宙在不断地向各个方向膨胀，各个星系在互相远离，当然也都<br /> 在远离地球。空间的膨胀导致光线在传播时波长被拉长，能量也因此降低<br /> 了（波长与能量成反比）。这个现象称为“红移”，意思是可见光向能量<br /> 较低的红光转变，而红光还会向能量更低的红外线、微波转变，所以遥远<br /> 的星光在抵达地球时能量已低到不能被肉眼见到了。由于宇宙太年轻，所<br /> 以夜空是暗的；而由于宇宙在膨胀，让夜空变得更暗。“为什么夜空是黑<br /> 暗的？”这个问题其实一点也不傻，蕴含着宇宙的奥秘呢。</p> <p>2008.2.15.</p> <p>（《中国青年报》2008.2.27）</p> <p>－－－－－－－－－－－</p> <p>奥伯斯佯谬</p> <p>奥伯斯佯谬由德国天文学家奥伯斯于1823年提出，于1826年修订，是指若宇宙是穏恒态而且无限的，则晚上应该是光亮而不是黑暗的。在此之前，类似的想法已由克卜勒于1610年及夏西亚科斯于十八世纪提出。黑暗的夜晚印证了宇宙是非穏恒态的，是大爆炸理论的证据之一。奥伯斯佯谬又称夜黑佯谬或光度佯谬。</p> <p>假设</p> <p>假如宇宙是穏恒态而无限，而且有无数平均分布的发光星体，则无论望向天上哪一位置都应该见到一粒星体的表面，星与星之间便不应有黑暗的位置，黑夜时整个天都会是光亮的。</p> <p>更确切的表述是，如果宇宙是稳恒，无限大，时空平直的，其中均匀分布着同样的发光体，由于发光体的照度与距离的平方成反比，而一定距离上球壳内的发光体数目和距离的平方成正比，这样就使得对全部发光体的照度的积分不收敛，黑夜的天空应当是无限亮的。</p> <p>解释</p> <p>被接受的解释</p> <p>两种作用能对奥伯斯佯谬给予解释：宇宙的年龄是有限的和红移，而后者是最重要的效应。(即使在稳态宇宙理论的模型中，也推论出宇宙是无限老和空间是无边际的，但夜空依然是黑暗的。)</p> <p>宇宙的年龄是有限的</p> <p>这个解释指出有限速度的光要游遍宇宙的空间本身就是矛盾的，当我们遥望远处的空间，其实就是在回顾历史。最后，我们仍只能观察到有限年龄的宇宙。 讽刺的是，相同的解释却是出自诗人爱伦·坡在1848年的我得之矣(一首散文诗)，在其中他写道：</p> <p> "星星是连续不尽的，然后背景的天空将呈现一致的光亮，就像银河所显示的-–因为不会有绝对的点，在那所有的背景中，星星将不复存在。因此，在那些，在这样的事态下，唯一的模式，我们可以体会到我们的望远镜在无数的方向上发现空隙，将假设无形的背景，因为距离的遥远，光芒从未能到达我们。"[1]</p> <p>红移</p> <p>以有限的宇宙年龄所提供的星光来照耀天空时，导出了另一个问题：为什么看不见任何一点大霹雳的贡献？这原因是大霹雳本身的辐射因为宇宙膨胀的缘故，已经红移到微波的波长，成为宇宙的微波背景辐射。宇宙的膨胀也限制了可观测宇宙的大小，这意味着在此之外的光线到不了我们所在之处，这在光学效应下创造了有限的宇宙。(参考有限年龄的论据。)</p> <p>其它解释</p> <p>也有人提出另一种解释（奥伯斯本人就曾这样解释），指宇宙并非透明，远处星光会被宇宙间黑暗的星体，尘埃和气体阻隔，令极远处的光线只可以传播一段有限的距离而不能到达地球。然而这并不能解决问题，因为根据热力学第一定律，能量必定守恒，故此中间的阻隔物会变热而开始放出辐射，结果导致天上有均匀的辐射，温度应当等于发光体表面的温度，也即天空和星体一样亮，然而事实上没有观察到这种现象。</p> <p>克卜勒认为奥伯斯佯谬论证说明宇宙是有限的，或最少是只有有限数量的星体。</p> <p>分形学权威曼德勃罗提出了另一种不需基于大爆炸理论的解释。他指出若星体是以分形方式在宇宙间分布 (例如类似康特尘埃), 不用大爆炸理论也能解释奥伯斯佯谬。但他的理论是用于展示碎形理论多于解释夜黑问题，从天文学观测亦没有证据显示星体以分形模式分布。</p> <li><a href="http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/GR/olbers.html" class="external text" title="http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/GR/olbers.html" rel="nofollow">有关奥伯斯佯谬的相对论答问</a></li> <li><a href="http://www.faqs.org/faqs/astronomy/faq/part9/section-17.html" class="external text" title="http://www.faqs.org/faqs/astronomy/faq/part9/section-17.html" rel="nofollow">有关奥伯斯佯谬的天文学答问</a></li> <li><a href="http://supernova.lbl.gov/%7Eevlinder/umass/faqm.html#olber" class="external text" title="http://supernova.lbl.gov/~evlinder/umass/faqm.html#olber" rel="nofollow">有关奥伯斯佯谬的宇宙学答问</a></li> <li>Paul Wesson, <a href="http://adsabs.harvard.edu.ezp2.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=1991ApJ...367..399W&amp;db_key=AST&amp;high=424916f22407720" class="external text" title="http://adsabs.harvard.edu.ezp2.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=1991ApJ...367..399W&amp;db_key=AST&amp;high=424916f22407720" rel="nofollow">"Olbers' paradox and the spectral intensity of the extragalactic background light"</a>, <i>The Astrophysical Journal</i> 367, pp. 399-406 (1991).</li> <div class="og_rss_groups"><ul class="links"><li class="first last og_links"><a href="/group/astro" class="og_links">天文爱好者</a></li> </ul></div> http://gezhi.org/node/923#comments 天文爱好者 科普 夜空 奥伯斯佯谬 Mon, 24 Mar 2008 13:41:03 -0700 Yan 923 at http://gezhi.org