人類對(duì)于黑暗好像天生就有畏懼感,像單細(xì)胞生物不會(huì)靠近鹽汽水的趨利避害行為,人們總是更加向往光明。古代人都在白天活動(dòng),夜晚來(lái)臨后都閉門(mén)不出,除了害怕野獸侵襲,更害怕漆黑的夜空。晝夜的出現(xiàn)源于地球在自轉(zhuǎn),陽(yáng)光能照到的地方總是地球的一半,這時(shí)另一半就處于漫長(zhǎng)的黑夜。
為何夜空中有那么多星星,卻還是那么黑暗?有人肯定會(huì)說(shuō),因?yàn)樾切呛苄。俏⑷醯墓庠?,但是每一顆星星其實(shí)都是恒星,在天文望遠(yuǎn)鏡的觀察之下,很多顆質(zhì)量都很大,看起來(lái)也很亮,可是為什么在地球上看到時(shí),光就那么微弱了呢?就算沒(méi)有太陽(yáng)光照射,宇宙中這么多星體映射的光難道不能使夜晚變得明亮呢?
科學(xué)家們對(duì)此早都有研究,對(duì)天空的黑暗也有許多的猜想和推論,接下來(lái)我們就一起走進(jìn)漆黑夜空的背面,看看原因究竟是什么吧!
古代中國(guó)有著天圓地方的說(shuō)法,認(rèn)為天空是拱起來(lái)的弧形,星星則是裝飾物,被釘在了固定的位置上面。不過(guò)隨著開(kāi)智,也出現(xiàn)了諸多天文風(fēng)水大師,根據(jù)星象來(lái)為國(guó)家占卜,但是還是沒(méi)有逃出天圓地方的思維范式。
西方的早期則出現(xiàn)的是如哥白尼的日心說(shuō)、托勒梅的地心說(shuō),這兩種說(shuō)法比較古代中國(guó)的天圓地方都進(jìn)步了很多,起碼認(rèn)為宇宙是一個(gè)體系,夜空黑暗是因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)的晝夜交替,星星則是其中發(fā)光的天體。
等到牛頓提出力學(xué)等概念之后,對(duì)于宇宙他認(rèn)為空間和時(shí)間兩個(gè)維度都是無(wú)限的,黑夜的解釋除了自轉(zhuǎn)以外,對(duì)于星星他提出了“星星的數(shù)目一定是無(wú)限多的,并且是均勻的分散在宇宙空間當(dāng)中的?!边@時(shí)大家肯定不禁起疑,如果是均勻分布的,我們觀察夜空時(shí),并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)星星是規(guī)則均勻排列的,感覺(jué)排列非常隨意。
此后的時(shí)間里,還有很多人試圖解釋黑夜背后蘊(yùn)含著什么東西,其中最為出名的是“奧伯斯佯謬”,這一悖論在科學(xué)界掀起了爭(zhēng)論的浪潮,有人贊同,有人反對(duì),并且在爭(zhēng)論當(dāng)中還得到了許多以外的收獲。
奧伯斯是一位德國(guó)的天文學(xué)家,對(duì)于夜空為何是黑暗的,星星的分布又是遵循什么原則,他提出了自己的看法,也就是奧伯斯佯謬?!把鹬嚒币辉~通俗解釋就是一種和現(xiàn)實(shí)生活中感覺(jué)完全相反的結(jié)論,那么奧伯斯佯謬究竟說(shuō)了些什么呢?
他提出我們常規(guī)而言的宇宙是處于穩(wěn)定狀態(tài)的,穩(wěn)定狀態(tài)具有三個(gè)特點(diǎn):靜止、均勻、無(wú)限。所以當(dāng)人們?cè)谝雇頃r(shí)觀察天空,應(yīng)該是與白晝一樣明亮的。正是因?yàn)橛钪嬷幸磺卸季鶆虻模敲葱求w的分布也是一樣,不論你在哪看向天空,總能看到一顆星星,而這些星星的星光足以把整個(gè)夜空照亮。
可能會(huì)有人說(shuō),那是不是有大部分星星距離地球?qū)嵲谑?strong>太遠(yuǎn)了,傳來(lái)的光亮也變得非常微弱,僅靠幾顆離得近的星星不夠把夜空點(diǎn)亮。可是數(shù)學(xué)家利用模型計(jì)算后,否定了這一說(shuō)法,數(shù)學(xué)公式認(rèn)為在一定的角度之內(nèi)星球發(fā)出的光到達(dá)地球和不受它與地球距離的影響。
在上述條件下:
任何給定的視線一定要在一個(gè)遠(yuǎn)方星系上終止。這樣,所有方向上的觀察最后必然被重迭起來(lái)的星系所阻擋,從宇宙的遙遠(yuǎn)區(qū)域傳遞過(guò)來(lái)的這些星系發(fā)出的光應(yīng)該使夜晚的天空明亮。
由于奧伯斯佯謬的提問(wèn)源頭是“夜空為什么是黑的”,所以在這之后雖然奧伯斯佯謬被新的宇宙理論否定,但是對(duì)于奧伯斯佯謬的各類新說(shuō)法也層出不窮。其中比較被后世認(rèn)可的是海里森的說(shuō)法,他認(rèn)為宇宙中的這些恒星(也就是我們看見(jiàn)的星星),它們并不具有無(wú)限的年齡。
這里的年齡我們可以看作是時(shí)間,這一點(diǎn)比它們是否是處于靜止?fàn)顟B(tài)更重要。這種對(duì)于奧伯斯佯謬的新型概括,大約百分之五十的科學(xué)家表示愿意接受。相對(duì)于他本人提出的與現(xiàn)實(shí)黑暗夜空完全相反的理論,經(jīng)過(guò)了多方面證實(shí),有一定的道理,可終究還是悖論。
值得高興的是,對(duì)于這一悖論的爭(zhēng)論,催生了許多新的宇宙理論。其中最具建設(shè)性,也是現(xiàn)在科學(xué)家廣為接受的就是“宇宙大爆炸”理論,這個(gè)理論是在愛(ài)因斯坦的相對(duì)論提出之下催生的,著名物理學(xué)家史蒂芬·霍金也在著作《時(shí)間簡(jiǎn)史》當(dāng)中對(duì)于這一理論表示認(rèn)同。
宇宙大爆炸的看法與奧伯斯佯謬本質(zhì)上區(qū)別的一點(diǎn)就是,它認(rèn)為宇宙是動(dòng)態(tài)的,而非靜止不動(dòng)的。最早提出宇宙大爆炸理論的其實(shí)是一位比利時(shí)的神父,沒(méi)錯(cuò)正是一位神父而不是科學(xué)家,他的名字叫勒梅特。
或許是因?yàn)樗窀傅纳矸荩膊辉敢獬姓J(rèn)不是上帝創(chuàng)造了宇宙的這種說(shuō)法,而是將二者巧妙地融合在了一起。上帝創(chuàng)造了宇宙,可是并不是我們?nèi)缃窨吹降倪@個(gè)宇宙,而是一個(gè)“宇宙蛋”,后來(lái)這個(gè)蛋在距離現(xiàn)在137億年時(shí)爆炸了,形成了我們今天看到的宇宙。
需要注意的一個(gè)思維誤區(qū)是,這里所說(shuō)的大爆炸并不是說(shuō)在宇宙中投放了炸彈,然后宇宙爆炸了,是小范圍的。而是宇宙本身就源于一場(chǎng)爆炸,也就是爆炸之前宇宙是不存在的。爆炸之后的宇宙才有了時(shí)間、空間和物質(zhì),這三類是一起誕生的,并無(wú)先后之分,而這一場(chǎng)爆炸也不是基于某一個(gè)爆炸點(diǎn),宇宙的每一個(gè)位置都是炸點(diǎn),可以理解是全屏開(kāi)花。
爆炸使得宇宙開(kāi)始膨脹,各個(gè)星體由于膨脹的壓力被分散到了各個(gè)地方,但是相鄰星系之間作用的引力又使得它們相互遠(yuǎn)離。遠(yuǎn)離之后,又有一部分受到了萬(wàn)有引力作用相互吸引,最終固定成為了今天所能觀察到的星系。
所以黑暗的夜空和黯淡的星光,是由于現(xiàn)在的宇宙還處于膨脹的狀態(tài),雖然并未再發(fā)生137億年之前那樣的爆炸,可是膨脹的速度還在加快。這就是隱藏在看似正常的漆黑夜空中令人絕望的事實(shí),膨脹使得星系在不斷地遠(yuǎn)離我們,可能有一天這些星系遠(yuǎn)離到了一定的距離時(shí),夜晚的星光將全部消失。等到那時(shí),我們面對(duì)的夜空將真正成為不見(jiàn)五指的黑色。
除此之外,由于膨脹的作用,太陽(yáng)也可能離我們?cè)絹?lái)越遠(yuǎn),就算太陽(yáng)不遠(yuǎn)離,據(jù)科學(xué)家推論,太陽(yáng)的壽命也是有限的,等到那一天,地球?qū)⒂瓉?lái)無(wú)盡的黑夜,這時(shí)的人類還會(huì)存在嗎?
證實(shí)宇宙大爆炸理論的一條重要論據(jù)就是哈勃紅移。就算沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)哈勃紅移,但是哈勃望遠(yuǎn)鏡大家肯定都不陌生。哈勃是美國(guó)著名的天文學(xué)家,被稱為星系天文學(xué)之父。他通過(guò)觀察,確定了哈勃定律,這一定律有力地對(duì)宇宙大爆炸理論進(jìn)行了佐證,其中最有名的就是“哈勃紅移”理論。
哈勃在用自制望遠(yuǎn)鏡觀察星體時(shí)發(fā)現(xiàn),觀察到了一些距離較遠(yuǎn)的星體,發(fā)現(xiàn)它們在朝著紅色的方向不斷移動(dòng),所以稱為“紅移”。這種多個(gè)向遠(yuǎn)處移動(dòng)的天體就證明了宇宙爆炸理論中,宇宙處于膨脹狀態(tài),星系都在不斷遠(yuǎn)離的理論。
可以舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子,我們現(xiàn)在在地球上看到的月亮是乳白色的,可是如果有一天月亮發(fā)生了紅移現(xiàn)象,就會(huì)變成紅色,有恐怖片里“血月”的味道了。
在有紅移作為理論基礎(chǔ)過(guò)后,科學(xué)家們就開(kāi)始研究,紅移的這些星系移動(dòng)的速度有多快,想要估測(cè)出它們大概在什么時(shí)間會(huì)徹底遠(yuǎn)離我們。得出的結(jié)果是,這些紅移星系正在以超光速的距離遠(yuǎn)離我們。超光速的結(jié)論令人詫異,因?yàn)椴皇钦f(shuō)過(guò)世界上最快的速度就是光速了嗎?怎么還會(huì)有超光速的存在呢?
這種遠(yuǎn)離的原因其實(shí)是爆炸后導(dǎo)致的膨脹,又因?yàn)榕蛎浀目臻g是均勻分布的,所以空間里各個(gè)點(diǎn)的膨脹速率就都是相同的,距離我們?cè)竭b遠(yuǎn),移動(dòng)的速度就越大,因此還得出了這種距離的算法公式,成為“哈勃距離”。
肉眼可見(jiàn)的光的種類很少,比如伽馬射線、紅外線、紫外線這種光我們都看不見(jiàn)。你以為你能看見(jiàn)陽(yáng)光,其實(shí)這都要感謝大氣層的存在,大氣層上的水汽、灰塵等物質(zhì),使得它像鏡子,對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行了折射,折射后才形成了我們肉眼能看到的陽(yáng)光。而星體的光因?yàn)榫嚯x十分遙遠(yuǎn),經(jīng)過(guò)折射之后更加黯淡,所以我們望向夜空是是黑色的。不過(guò)更大原因還是肉眼可見(jiàn)的光太少,這些恒星可能本來(lái)是顆五彩的發(fā)光球,可是受視力的光譜限制,我們無(wú)法看到它們。
前文提到的哈勃望遠(yuǎn)鏡就是一種紅外望遠(yuǎn)鏡,它能觀察到宇宙中美麗的星體和它們聚集在一起時(shí)形成的星云。大家可以去搜一搜相關(guān)的圖片,不同的星云形狀和顏色都有所不同,但是都很美麗。與我們?cè)诘厍蛏咸а弁サ男强詹煌?strong>大片的星云墜連在了一起,形成了完整的星系,那種盛景只有浩瀚的宇宙才能譜寫(xiě)出來(lái)。
黑色的夜空背后竟然藏著這么多謎團(tuán),有時(shí)候知道得越多越會(huì)讓人陷入深思。無(wú)限膨脹的宇宙總有一天還會(huì)再度爆炸吧,那時(shí)的地球又會(huì)何去何從呢?如此來(lái)看,我們真的就是宇宙之中的一粒塵埃。等到宇宙爆炸地球消失的那一天,不甘的人類又該用什么來(lái)證明文明曾經(jīng)存在過(guò)呢?
所以現(xiàn)在做的種種研究,和科學(xué)家們的努力都是有價(jià)值的,等到我們找尋到了宇宙的真正規(guī)律,就算是真的面臨地球陷入無(wú)邊黑暗,人類走向滅亡,也能留下移民的希望火種!
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