为什么数以亿计的星星，却无法照亮整个宇宙？

这个古老的问题被称为“奥伯斯佯谬”。图片来源：Graham Holtshausen on Unsplash

宇宙满载星辰，天空却为何仍是黑暗？这个问题困扰了人类许久，它也有一个特殊的名字：奥伯斯佯谬（Olbers' paradox）。

据天文学家估计，在可观测的宇宙中大约存在2000万亿亿（2×10^23）颗恒星，其中许多恒星和我们的太阳一样明亮，甚至更亮。那么，为什么太空中并没有满是耀眼的恒星光呢？

你可能会猜，这是因为宇宙中的许多恒星都距离地球非常遥远。当然，一颗恒星离地球越远，它看起来就越不明亮，距离远上10倍的恒星看起来要暗淡100倍。但事实证明，这并不是答案的全部。

想象一个气泡

假设宇宙已经非常古老，即使是最远的恒星发出的光也有足够的时间到达地球，在这种假想情况下，宇宙中的所有恒星都不会移动。

在脑海里想象出一个以地球为中心的大气泡，如果这个气泡的直径约为10光年，那么它将包含十几颗恒星。当然，在几光年远的地方，从地球上看，其中许多恒星都会显得非常暗淡。

如果继续将这个气泡的直径放大到1000光年，再放大到100万光年，然后再放大到10亿光年，那么气泡中最远的恒星看起来会更加暗淡。但是，在这个越来越大的气泡里，也会有越来越多的恒星，它们都在发光，尽管最远的恒星看起来越来越暗，但它们的数量也会更多，整个夜空看起来应该会非常明亮。

绕了一圈似乎又回到了起点，但实际上我们离答案更近了一些。

年龄问题

在这个气泡假想中，我们假设了恒星不会移动，并且宇宙非常古老。但是，宇宙只有大约130亿年的历史。

詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope）拍摄的名为WHL0137-08的巨大星系团，其中包含了宇宙最初十亿年中已知放大倍数最大的星系黎明之弧（Sunrise Arc），以及在该星系中探测到的最遥远的恒星“埃兰迪尔”（Earendel）。埃兰迪尔的光经历了129亿年才抵达地球，这意味着它在宇宙形成最初的10亿年内就发出了光芒。图片来源：NASA, ESA, CSA, D. Coe (STScI/AURA for ESA; Johns Hopkins University), B. Welch (NASA's Goddard Space Flight Center; University of Maryland, College Park)图像处理：Z. Levay

尽管从人类的角度来看，这是一个非常漫长的时间，但从天文学的角度来看，这个时间还很短，短到距离我们130亿光年以上的恒星发出的光还没有真正到达地球。因此，地球周围包含我们能看到的所有恒星的实际气泡，只延伸到距离地球大约130亿光年的地方。

气泡中的恒星数量并不足以填满每一条视线。当然，如果你向天空的某些方向看去，就能看到星星；而如果观察天空的其他一些部分，就看不到任何星星。这是因为，在那些黑暗的地方，可能会出现在你视线上的恒星距离你太遥远了，它们的光线还没有到达地球。随着时间的流逝，这些越来越远的恒星发出的光将有足够的时间抵达我们这里。

多普勒频移

你可能又会问，夜空是否会在最终完全亮起来呢？但这又回到了一开始我们假设的另一件事：所有的恒星都没有移动。但实际上宇宙在不断膨胀，最遥远的星系几乎在以光速远离地球。

由于星系移动的速度非常快，恒星发出的光变成了人眼无法看到的颜色，这种效应被称为多普勒频移（Doppler shift）。因此，即使这些光有足够的时间抵达你身边，你的眼睛仍然无法看到来自最遥远恒星的光，夜空也不会被完全照亮。

多普勒频移，又称红移（redshift），是指从远离观察者的物体发出的光更偏向光谱的红端，即波长变长、频率降低。

如果等待的时间更长，恒星最终会全部燃尽，像太阳这样的恒星只能维持大约100亿年。天文学家假设，在遥远的未来，也就是1000万亿年之后，宇宙将陷入黑暗，只有白矮星和黑洞等恒星残骸栖息其中。

NASA爱好者

尽管我们的夜空并没有完全布满星星，但我们生活在宇宙生命中一个非常特殊的时期，我们有幸欣赏到绚烂而纷繁的夜空，光明和黑暗并存。