>>> 2003年第4期
夜空为什么是黑色的
作者：胡春佳
部分人可能会理所当然地认为，只要你站在地球背向太阳的一面，由于那里接收不到太阳光的照射，那么你看到的当然会是黑暗的。这似乎无需解释，然而真的是这样吗？我们知道，即便是没有月亮的夜晚，星星也还会发出微弱的可以觉察到的光芒。实际上，假使有人站在银河系边缘的一颗行星上向着银河以外的星际眺望，这时他的视线里应该没有星星；但即便如此，夜空也不会是完全黑暗的，因为宇宙间还有别的发光星系存在。正是由于这一点，夜空黑暗问题才从本质上变得引人瞩目。
１９世纪天文学家普遍认为宇宙是均匀、静态和无限的。在这种环境下，德国物理学家奥伯斯提出了这样一个疑问：既然宇宙所有物质均匀分布，那么宇宙星系发出的光芒也应该相同，即整个宇宙的亮度应该是均匀的。白天既然是明亮的，夜晚也应当光亮照人。
天文学家多年来一直试图对这个问题作出解释。２０世纪早期，一些科学家发现宇宙中普遍分布着稀疏的尘埃层，而且许多星系内部也充满了尘埃云。尘埃的吸光本领很强，于是有人认为远处星系的光线可能是被它经过的尘埃等物质所吸收了，要不然就是这些尘埃阻挡了遥远星体发出的光芒，从而造成了夜空一片漆黑。但实际上这种说法是站不住脚的，假如尘埃阻挡了光线，则尘埃经过光的照射后会增温，结果尘埃会变得同光源一样明亮。如此一来，那将不仅仅是恒星在整个天空中照耀，而是恒星连同尘埃一起在夜空中辉映了。
奥伯斯推导的过程并没有逻辑错误，如果依据奥伯斯的设想，那么夜晚的天空的确应该“光亮照人”才对，可为什么现实恰恰相反呢？
随着科学的发展，人们对宇宙的认识不断地深入，直至人们发现奥伯斯设想的基本前提实际上存在着某些根本性错误。人们这才醒悟，原来奥伯斯设想其实只是“奥伯斯佯谬”。现在我们从以下几个方面对“奥伯斯佯谬”作出解释。
奥伯斯佯谬的基本前提在于：１．宇宙物质是均匀分布的；２．宇宙是静态的；３．宇宙存在的时间已经无限长。
首先，宇宙物质分布真的均匀吗？现代宇宙学认为，宇宙里存在宇宙磁场和引力。场和力都是有强弱势区分的，宇宙物质在不同场和力的作用下，根本无法实现分布的均匀性。现实生活中，大家也可以看到，夜空星辰闪烁，其中有的聚集在一起，形成了各自的星系；也有的稀疏独自散落着。其实，宇宙物质之间的分布并不均匀。
其次，宇宙也并非静止的。宇宙有自己诞生、壮大和消亡的过程。宇宙间的星体也并不是同时产生的，这就像森林中的树木，有年老，也有年轻。星体也有着各自不同的年龄。另外，宇宙实际是不断膨胀的。现在，科学家通过哈勃太空望远镜已经观测到，遥远的星系正在渐渐退行。它们距离我们越远则退行速度越快。任意两星系之间的距离时刻都在增大。
最后，宇宙在时间上有个开端。各星系并不是在无限久远以前就开始发光的。根据大爆炸理论，宇宙诞生之前，一切虚无，当然也就不存在星系及其发出的光芒了。因此，即使宇宙无限大，但也并不是无限老的。
既然奥伯斯设想的前提并不成立，那么其结论，即夜晚“光亮照人”当然也就值得怀疑了。
对奥伯斯佯谬的“解剖”，实质上是在告诉人们夜晚的天空不一定非得是白色的，但它仍没有从正面解答为什么夜晚的天空是黑色这个问题。
真正的原因在哪里呢？具体我们需要从下面几点着手考虑：
首先，我们已经知道，宇宙星系并非是均匀分布的。这一点非常重要，因为光总是以每秒大约３０万公里的有限速度传播着，这样星系距离我们越远，它释放的光到达我们这里所需的时间就越长。由于星系分布不均匀，它们距离地球远近不一，因此我们决不可能同时看到位于不同距离的星系发出的光。也许距离最遥远的星系所发出的光芒至今还没有到达地球。
宇宙也并非是永恒的。对于星系来讲，并不是所有的星系都是在宇宙大爆炸的瞬间形成的。而且星系生命周期也各不相同，它们是在有限的过去才开始发光。它们虽然有光芒照耀的时候，但也会有停止发光的那一刻，总之，它们并不是永远那么亮。这就意味着宇宙中尽管存在着近于无限数目的星光，但由于星系生命期的限制，各大星系释放光和热的时间并不是无限延长的。如果以我们地球人的眼光去看宇宙的深处，很可能许多星光在还没有到达地球的时候就已经能量消耗殆尽了。
另外，由于宇宙空间日渐膨胀，星系之间相互距离在不断拉大。星系的退行使其发出的光呈现出一种开普勒效应，即随着星系的退行，它们发出的光线会朝着低能量的红光方向偏移。根据量子理论，光子的能量正比于其频率，远距离高速退行光源的光线将产生非常大的红移，并且其能量将相应减小。这就意味着星光会由于红光偏移而变得越来越暗淡，以致不能照亮天空。
总之，天空黑暗的原因就在于星光没有足够长的时间来填满整个宇宙。也许在宇宙体积还不算那么大的时候，原始的太空是光芒四射的。但如果那时真的处处“流光溢彩”，那宇宙生命就不可能产生。这似乎暗示了我们正处在宇宙的一个特殊阶段。或许将来我们会面临另一种局面，即随着宇宙的膨胀，星体间的距离越来越远，星光会进一步减弱直至消失，最后导致宇宙更加黑暗，到那时宇宙生命缺少光照，同样无法生存。所以说，今天地球生命的存在，很大程度上得益于宇宙的膨胀。原来生命真的在于运动。
（曾象子荐自《大科技》２００２年第１１期）
责编：江渔插图：冯日