回想我们小时候,那时农村光照还非常的昏暗,也没有什么污染;天空中布满的闪亮的星星,很多人的脑子里充满了各种幻想。但是有一种观念是不怎么会变的,白天充满着光芒,即使雨天黑云笼罩,依然有一丝光亮。可是晚上我们仰望夜空的时候,黑漆漆的一片,让人感到恐惧。那时忍不住想,晚上为什么不像白天一样,放眼都是光亮。
夜空图景
随着年龄的见长,特别是物理学的学习,将带给我们新的视野。现在我们已经知道白天是由太阳的光照引起的,或者说白天正是我们的太阳对着我们所在的位置进行照射,光子进入了地球的大气层,受到大气层中的空气分子和大气尘埃N多次的散射;不管我们仰望天空的哪个方向,光子都会进入我们的视网膜,引起神经系统的反应,使我们觉得天空是如此的明亮;当然你的眼睛不要对准太阳,不然太阳光的直接照射会亮瞎你的眼。
晚上当我们回家的时候,落日的余晖慢慢落下,黑暗将笼罩在大地上;我们现在也知道,太阳将近能活100亿岁的“家伙”,虽然已到中年,但它将会在他的后半程,依然一直会散发出光芒;我们的地球因为在自转,我们的白天可能就是美国的黑夜,相反依然适用。地球的自传使我们背对着太阳,使得太阳光无法在将光子,进入到大气层散射;从而使黑夜是黑暗。
等等你说道这,我想想,怎么和标题不大一样啊?你标题说黑夜不黑?可是上面你又告诉我们黑夜是黑的?什么鬼?
我说大家别急啊,实际上我们在上面讲了一大堆“废话”,给大家科普一下已有的知识。我们这就开始,我们老说黑夜是黑的,直观的感受也是这样的。可是一百多年前,1823年有个德国天文学家叫做奥伯斯的家伙,发表文章称你们已有的认知(就是黑夜是黑的)都是臭狗屎,应该把脑子里面的固有观念都给仍了。注:实际上上面的话他没这么说,是我恶趣味深加工一下。但意思是一样的。
1758年10月11日-1840年3月2日
我们固有的观念一直认为夜空是黑的(不考虑灯光效果,我才想起来这么说,抱歉。)身为21世纪的我们,现在都知道在地球之外,那些星星其实大多数都是太阳,就是恒星啦。可是夜空中这么多的恒星,为什么夜空还是黑的呢?他的一个学生举手站起来(想象的剧情)说:“老师,那时因为大多数的恒星,离我们太远了,要知道恒星照射到地球上的光与距离成平方反比来着,距离越远,光度衰减的越厉害。”
奥伯斯竖起食指左右摇了摇说道:“不对,你这描述的只是单一恒星或少数恒星所发出的光芒,可是夜空中的恒星非常多,如果它们的光线相加在一起的话,光线足以点亮我们的夜空。”
这位学生不服气的反驳说:“的确,光线的相加的确可能被我们观测到,比如说我们的银河系,那条长长的旋臂,就是由许多光线相加而成,在比如说仙女座星系也是能被我们肉眼观测到的,可是不管其中的任何一个恒星所发出的光线,是能被我们肉眼观测到的。之所以能被观测到就是星系中的许多恒星光度相加的结果。”
“但。。。。”学生顿了一下,咽了咽口唾沫,接着大声说道:“这些光线相加的结果,不足以点亮夜空。”
奥伯斯好像没觉得学生语气充满的变化,摆了摆手,呵呵一笑:“为什么不足以点亮天空呢?可是你忘了一点,天空的恒星无限多啊,他们相加的结果足以点亮夜空。”
哈哈,我怎么觉得奥伯斯老师心中在得意的笑。。我这时候脑袋瓜子里突然浮现出潘长江老师,载歌载舞,拿着手绢大笑:“我得意的笑。。我得意的笑。。。”
我想这位学生能看到这一幕的话,只能站在一边默默注视:“。。。。。。。”
好了,脑抽结束。言归正传,可是学生也是个傲脾气,对着老师说道:“老师,自从培根时代到现在,任何一个理论,想要他成为一个理论,必须依赖于数学模型和可实验或观测的基础上。”
“我理解了,从数学计算来说,老师您没什么大问题,从宇宙学角度出发,宇宙是无限大,各相同性,恒星在宇宙中均匀分布。那么光的亮度也无限大,最终使整个夜空像白天一样,充满着亮光。老师,这是您的解释,对吧!可是。。。”说道这里,学生抬起了手臂指向夜空:“夜空明确的告诉我们,夜空是黑的,您的理论不符合我们所观测的现象。”
这就是奥伯斯佯谬。
回到21世纪的今天,我们知道大爆炸始于138亿年前,基于大爆炸模型,各种星体、星系形成大爆炸10亿年后。光速约等于3乘以10的8次方米每秒。由此可知,光速是受限的,光传播到地球也是受限的。因此,观测的恒星光度并不是无限的,观测到的宇宙是有限的。或者说离我们N光年远的光线,因为空间的暴涨,光线一直向我们前进,只是还没到我们这里。所以,我们观测的光线是有限,从而使得我们观测的夜空并不明亮。这些光线不足以点亮夜空。说道这里大家又说了,不对啊,这些还是和你的标题相矛盾。所以我们还得往下说。
上面提到大爆炸始于138亿年前,基于大爆炸模型,各种星体、星系形成大爆炸10亿年后。让我想想有哪里不对之处啊?哈哈,大家想起来了没?是什么的呢?是的,是光,星体、星系形成大爆炸10亿年后,可光并不是在大爆炸10亿年后,形成的。那么是什么时候形成的呢?
在普朗克的时间内,我们知道宇宙一开始犹如一锅极端炎热和稠密,充满各种粒子的原始汤。光子因为和其他粒子相互撞击,使得光子无法逃逸出来,大爆炸38万年后,宇宙的温度从极高温下降到只有3000K,光子终于逃脱原子的魔掌,这段时期被成为最终散射期,我们从上面得知星体、星系形成大爆炸10亿年后,光子是在38万年后,在这中间宇宙是什么样子的呢?宇宙充满着亮光?好像也和我们的标题相符合?
在这之前说些题外话,我们小时候啊,在农村那时还是黑白电视机的时候,那时看的频道少的可怜,只有3个。放到现在那正是欲哭无泪啊!哪3个呢?CCTV1、省台、地方台。致于清晰度,还要看电视机的上天线给不给面子,不给的话,那滋滋的雪花,让人非常讨厌。没错,就是你这个家伙,可把你逮着了。可它是什么东东呢?还有一个想说的,那就是星期二下午,老休台,那时以为电视台那些家伙,就是星期二下午休息呢?为什么呢?有时间专门开一章讲解。
宇宙距今已有138亿年了,宇宙的温度从开始的极高温到现在只有大约3K左右,而且还因为宇宙不停的膨胀,从最原始的高强光辐射已经红移到微波范围。我们知道我们所看见的光只是可是光。无线电、微波、红外线、紫外线、X射线等等都无法用肉眼观测到的。
那微波又是检测到了呢?
1964年,美国贝尔实验室的工程师阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊架设了一台喇叭形状的天线,用以接受“回声”卫星的信号。为了检测这台天线的噪音性能,他们将天线对准天空方向进行测量。他们发现,在波长为7.35cm的地方一直有一个各向同性的讯号存在,这个信号既没有周日的变化,也没有季节的变化,因而可以判定与地球的公转和自转无关。起初他们怀疑这个信号来源于天线系统本身。
阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊
1965年初,他们对天线进行了彻底检查,发现天线上有一些鸟屎。他们清理了天线上的鸟屎,最先他们把捉到鸽子放到很远的地方放了,可他们忘了鸽子有自己的“GPS”系统,它能自动的找到它们的‘家’。他们只好把鸽子杀了以壮大“研”气(研究的动力)。然而噪声仍然存在,不久迪克、皮伯斯、劳尔和威尔金森在同一杂志上以《宇宙黑体辐射》为标题发表了一篇论文,对这个发现给出了正确的解释,即:这个额外的辐射就是宇宙微波背景辐射。
宇宙微波背景辐射
这又说明了什么呢?他给出大爆炸模型有力的基石。
因为,宇宙在不停的膨胀,从最原始的光辐射到宇宙微波背景辐射,光的波长因为红移效应已经被拉伸到微波阶段。又因为我们的肉眼是个不灵敏的观测‘器’。使得我们的肉眼无法像电视机的天线一样,观测到微波信号。随着技术的发展,如果有一天,使得我们的肉眼能看见微波的话,那时夜空就是一片‘明亮’。
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