【讨论】夜空为什么是黑暗的？

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　　这是一个简单的也许只有孩子才会问的问题，父母对此也许会不屑一顾，但是宇宙学家爱德华·哈里森（Edward Harrison）却花了几十年的时间来研究这个看似简单的问题。“许多年前我开始对夜空的黑暗之谜产生了兴趣，”在《夜的黑》（Darkness at Night）这本书中他写道，“我常常思考宇宙为什么没有充满光，即使在我解决了这一问题之后也是如此。这个古老的谜题仍旧萦绕在我周围。有时几个小时，有时几天，我会重新思考这个问题，为大自然的力量和精妙所深深打动。”

　　夜空为什么是黑的，乍一看很明显，因为太阳下山了。但是还有恒星在闪耀啊。如果宇宙是无限的，充满着无数颗恒星，那么夜晚将和白天一样的明亮。这种理论和观测之间的矛盾被称为奥伯斯佯谬，奥伯斯是19世纪的医生和天文学家。

从彗星到宇宙学

　　海因里·奥伯斯（Heinrich Wilhelm Olbers）每晚只睡4个小时。白天医治德国北部城市布莱梅（Bremen）的病人，为此他赢得了治愈霍乱的荣誉。晚上他观测天空寻找彗星，发现了前4颗小行星中的2颗。


[图片说明]：海因里·奥伯斯。

1823年，奥伯斯写了一篇宇宙学论文。他说，想象一下，如果恒星均匀的分布在宇宙空间里。离地球近的恒星，自然看起来就大，但远处的恒星数量多，因为在一个固定的视角下，距离越远空间就越大。奥伯斯证明数量巨大的远距离恒星弥补了它们较小的视尺寸，在给定半径的球壳中也能覆盖整个天空。如果宇宙是无限的，这样的球壳也将有无限多个，就意味着天空中将充满星星，夜空将会和白天一样明亮。

　　奥伯斯写道：



多幸运，大自然并没有这样安排事物。多幸运，地球并没有沉浸在耀眼的星光之中。否则，天文学仍将处于蒙昧的阶段。我们将无法看到星星，只有通过观测黑子来推断太阳的行踪，而月亮和行星仅仅是明亮背景上移动着的暗斑。



　　那时，奥伯斯的工作并没有引起注意，同样夜晚的黑暗之谜也无人问津。英国人托马斯·迪格斯（Thomas Digges）赢得了这一荣誉。1576年，在其父所写的一本书（Prognostication Euerlastinge）的附录中，迪格斯提到了这个问题。这本书采用了以地球为中心的宇宙体系，但在附录中迪格斯却是哥白尼的支持者。而且他比哥白尼更进一步，他认为恒星散布于宇宙空间中。之后，他尝试解释为什么夜晚没有被星光照亮：



无穷天球上的恒星发出无限的光芒。但是它们互相遮挡，而且距离相当遥远，于是星光就越来越弱。所以我们就看到了现在的景象。



　　因此，迪格斯认为夜晚是黑的原因是遥远的恒星太暗弱以致于看不见了。尽管这个解释看起来是合理的，但它是错的。把所有看不见的恒星的光结合起来，可以达到能被看见的程度。事实上，肉眼可以看到仙女座星系，但是仙女星系中没有一颗恒星亮到足以能让肉眼看到。

应助达人

夜空为什么是黑的，乍一看很明显，因为太阳下山了。但是还有恒星在闪耀啊。如果宇宙是无限的，充满着无数颗恒星，那么夜晚将和白天一样的明亮。这种理论和观测之间的矛盾被称为奥伯斯佯谬，奥伯斯是19世纪的医生和天文学家。

但恒星太遥远了，无足够光线照到地球。

[图片说明]：肉眼可以看到仙女座星系，但是仙女中没有一颗恒星亮到足以能让肉眼看到。图片版权：Jerry Lodriguss。

　　迪格斯认为宇宙是无限的，但是伟大的德国天文学家约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）却对此表示不满。开普勒认为无限的宇宙会使太阳迷失在茫茫的星海之中。他说，夜空之所以是黑的，是因为在我们居住的星际空间周围有一堵暗墙。

一百多年后，爱德华·哈雷（Edward Halley）也思考了这一问题。1721年，在皇家科学院的一次演讲中，他提出了两个方法来调和无限而又充满恒星的宇宙，使它有一个黑暗的夜晚。第一，由于数学上的错误，他错误的认为远处大量恒星的光无法等效为近处少量恒星的光。第二，他重复了迪格斯的观点，看不见的恒星对于光没有贡献，“它们的光线……太弱，无法使我们感觉到。”所以，哈雷也没有给出夜晚为什么是黑暗的的答案。

　　另一个思考这一问题的人是瑞士天文学家让-菲利普·卢瓦斯·德·谢诺（Jean-Phillippe Loys de Cheseaux）。1744年，在有关当年一颗有着6条彗尾的彗星的书的附录里，他也讨论了这个问题。与迪格斯和哈雷不同，谢诺认识到远处看不见的恒星对于整个天空中的光是有贡献的。他说，夜空之所以是黑的，原因是宇宙空间并不是透明的。相反，它充满着物质，它们会“吸收”光线，产生一个黑暗的夜空。奥伯斯在1823年的论文中也提到了相同的观点。但是奇怪的是，奥伯斯有谢诺写的这本书，但是他却没有引用它，可是却提到了哈雷。

　　然而，谢诺和奥伯斯也都错了。空间中的消光物质无法使夜空变暗。不久，天文学家认识到，消光物质在遮挡光线的同时，也会被光线所加热，进而发光，它们将会和恒星一样的明亮。这就像大雨中的树。起先叶子还能保护地面不受雨淋，可是不久雨水便会从叶子上滴落下来，最终地面还是会湿透。

渡鸦的述说

　　令人惊讶的是，第一个给出奥伯斯佯谬正确解释的人不是来自欧洲装备齐全天文台的天文学家，而是一个美国诗人。在他短暂的一生中，爱伦·坡（Edgar Allan Poe）以其带有恐怖和超自然色彩的小说、诗歌享誉世界。黑暗笼罩着爱伦·坡的一生。在他两岁时，他的母亲死了。在大学时，因为赌博和酗酒而生活拮据，之后他便生活在贫困之中。他妻子二十几岁时便离开了人世。他40岁时，在一阵狂饮之后，结束了自己的生命。


[图片说明]：爱伦·坡。

应助达人

夜空为什么是黑暗的？这个问题看来太难了。

黑暗也同样萦绕着爱伦·坡的作品。在《渡鸦》（Raven）中他写道：
Deep into that darkness peering, long
I stood there wondering, fearing,

Doubting, dreaming dreams no mortal
ever dared to dream before;

But the silence was unbroken, and
the darkness gave no token...



　　哈里森发现，爱伦·坡在其死前一年所写的《我发现了》（Eureka）中正确揭示了奥伯斯佯谬。哈里森说：“当我第一次读爱伦·坡的作品时，我大吃一惊。一个诗人，不，一个最了不起的业余科学家在140年前就领悟到了问题的本质，而在我们的学校中仍旧在宣扬错误的观点。”

　　1848年，爱伦·坡出版了《我发现了》。他写道，“当我写完〈我发现了〉之后，我便丧失了对生的渴望。我已无法再写作了。”爱伦·坡本希望他的出版商能出版5万本，结果只有5百本。评价也是各不相同，有人说它新颖、骇俗；另一些人则对此不屑一顾。在近代，当哈里森欢呼，认为它是人类思想的杰作时，英国天文学家爱丁顿（Eddington）爵士则认为它是怪人的理论。

　　对爱伦·坡来说，上帝就是一个诗人，宇宙就是“最卓越的诗”。他这样解释奥伯斯佯谬：



星星无穷无尽，天空的背景就会呈现出明亮，就象是银河——它们不会呈现点状，在背景中也不会出现一颗星星。因此，只有一种可能，由于恒星的距离实在是太远了，它们发出的光还没来得及到达地球。