宇宙有无数恒星照耀，夜空为何还那么黑？奥伯斯佯谬的破解

晴朗的夜，我们仰望星空，可以看到繁星满天。但在这些繁星的间隙，却是一片黑暗，这些星星就像镶嵌在黑天鹅绒上的宝石，闪闪发光。

这已经是见怪不怪的现象了，但人类与别的动物不同的，就是有一个聪明的大脑，这样就有许多人还在为这种见了几千年的现象思考：为什么宇宙太空是黑的呢？

奥伯斯佯谬

现代科学观测和研究，已经对宇宙有了足够的了解，已经成为常识的是：宇宙很大，可观测宇宙就有数万亿乃至十万亿个星系。而我们的银河系只是这众多星系中的一个漩涡星系，太阳只是银河系一颗普通恒星。银河系直径有20万光年，包含2000亿~4000亿颗恒星。

我们地球是太阳系中一颗中等行星，太阳每天都照耀着地球，给我们带来光明，因此每到白天，天就是亮的。可在太空，既然每一颗恒星都是太阳，那么即便在银河系，也有数千亿颗太阳在照耀，为什么太空背景还是一片漆黑呢？

古代人们对宇宙了解不深刻，把那些星星当作是神仙，当然就不会思考这个问题了。但到了有科学的时代，有智慧的人们就开始奇怪了。1610年，天文学家开普勒就提出了这个问题，他被认为是最早以科学方式提出此类问题的人；1823年，德国天文学家奥伯斯又系统提出了这个问题，于是，人们把这个问题称为“奥伯斯佯谬”。

奥伯斯佯谬（又称夜黑佯谬或光度佯谬）的核心思想是：若宇宙是稳恒态而且是无限的，晚上就应该是光亮的，而不是黑暗的。这种思想是基于一直统治人类思想的绝对宇宙观，这种思想认为宇宙生来就是这个样子的，是无始无终无边无际的，而且光速也是无限的。

自从古希腊出现了科学的萌芽，绝对宇宙观就成为统治思想，一直到哥白尼发现日心说，伽利略观测到宇宙巨大，牛顿发现了万有引力，这种观念也没有动摇过。根据这种观点，宇宙是无限的，无始无终的，那么恒星数量也就是无限的，且光速无限，一生出就充满宇宙，这样恒星源源不断发射的光芒一直留在宇宙中，这样宇宙就应该是光明的。

但实际上宇宙是黑暗的，这就是一个悖论，因此是一个佯谬。

现在，科学已经很好地解释了这个问题。宇宙黑暗的原因主要有三点：一是宇宙并非静态，而是动态；二是光速是有限而恒定的，因此光的传播也是需要时间的；三是宇宙太大太空旷了，且没有物质填充，恒星的光芒要照亮这些空间远远不够。

宇宙在膨胀，而且有始有终

上世纪初科学界风起云涌，对宇宙观测发现不断取得突破。其中最集中典型的代表就是出了个传奇人物，他发现并创造了一系列完全颠覆人类观念的理论，此人就是伟大的科学家爱因斯坦。

爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论，在采用当代科学一系列发现，如借鉴埃德温·哈勃发现的宇宙膨胀和迈克尔逊-莫雷实验发现的光速恒定等成果基础上，论证了时空的相对性，否定了牛顿力学的绝对时空观。

从此宇宙是有限的，是在不断膨胀的，而且是有始有终的观点，渐渐成为科学界和世界的主流认知。人们通过各种科学方法观测和建模，认为宇宙大约起源于138亿年前，经历过暴涨、减速膨胀和加速膨胀三个阶段，而现在是在加速膨胀阶段。根据哈勃常数监测，膨胀的速率远远大于光速。

根据宇宙膨胀速率和哈勃常数，经过科学建模测算，得到可观测宇宙半径约465亿光年。可观测宇宙只是人类未来只能了解和观测的宇宙，这个可观测宇宙之外还是宇宙，其范围有多大，现在无法预料。

从时间开始那一刻，也就是宇宙大爆炸开始后，数亿年才开始形成恒星和星系，这些星系都在随着宇宙膨胀不断快速地分开并离我们远去。这样星系和恒星之间的距离就会越拉越大，在空间的密度就越来越稀疏，光就越来越微弱。

这就是恒星之光无法照亮整个宇宙的第一个原因。奥伯斯佯谬实际上也是对绝对宇宙观提出了质疑，支持了相对动态宇宙观。

光速有限，且传播需要时间

如果按照光速无限的假设，那星光就将突然之间充满整个宇宙，因此宇宙是光明的。但从伽利略开始就质疑光速无限论。经过几百年科学家们不懈努力和无数次试验，最终终于得出了准确真空光速为299792458m/s（米/秒）。

而且通过迈克尔逊-莫利实验，证实了光在不同的惯性参考系和不同的方向上，比如顺着地球和逆着地球方向来的光，速度都是一样的，由此光速是恒定的。

既然光速是有限的，且是恒定的，那么星光发出来以后到达一个地方就需要时间。

而光的本质是电磁波，人的眼睛只能看到可见光，可见光只是整个电磁波谱中一个很窄的波段，范围在约780~380nm之间。且光波具有多普勒效应。何谓多普勒效应？就是随着波源的运动，高速远离观测者时波长会被拉长，高速靠近观测者时波长会被压缩变短，而光波的多普勒效应就是产生光谱红移和蓝移效应。

宇宙膨胀远远大于光速，因此人类观测到远方星系的光就会产生红移效应，越远越快离去的星光，就越移出了可见光的波长范围，变得人眼看不见了。因此，我们在宇宙中肉眼看到的光波只是电磁波一小段频段，而大部分频段我们是看不到的，这样恒星的光芒就不可能充斥到整个宇宙了。

恒星距离远了，亮度就大大降低了

我们知道，人眼看到的光有光源本身发出的光，如恒星、火光、灯光等；也有物体反射的光，如我们看到除光源以外的一切物体，月亮、人、房子、树木等，都是依靠反射光，我们才能够看到。

在太空，每颗恒星相距的距离太远了，且在广袤的太空，一片真空，几乎没有任何粒子来承载和反射光，因此恒星的光芒根本无法照亮整个空间。

我们地球距离太阳只有1.5亿公里，且地球被大气层包裹，当太阳光来到地球时，受到大气粒子的反射，因此我们才能够看到蓝天白云，背阴处也有亮光；如果在月球上，由于没有大气粒子的反射，太阳照射到的地方就是白辣辣一片耀眼光明，而没有照射到的地方就是一片漆黑（当然月球石块等也会反光到阴影处，只是没有大气粒子和尘埃，就要暗很多）。

其实，太阳的光也照得并不远，如果到了冥王星，距离太阳平均不到60亿公里，只是0.00063光年，在那里看到的太阳就只有星星大小了。虽然也还算亮，但只比满月亮291倍，而在地球上，太阳的亮度是满月的约70万倍。

在1光年距离看太阳的亮度，视星等就只有-2.71等了（视星等是数值越小越亮），地球上看金星最亮时可达-4.6等，看木星最亮时可达-2.9等。也就是说在距离1光年的地方看太阳，就还没有在地球上看金星和木星亮了。如果在远点，到距离太阳最近的恒星4.3光年的南门二处看太阳，太阳视星等就只有0.43等，还没有我们看南门二A星0.01等亮呢。

恒星很稀疏，且空间没有粒子反射，就无法亮起来

太空中的恒星有多稀疏呢？我们以银河系为例来计算一下：银河系约20万光年直径，如果用平均5000光年的厚度来计算体积，4000亿颗恒星相互之间平均相隔空间就在约7.32光年。这么稀疏的星空，依靠恒星那点能量是完全无法填满亮光的。

更重要的是，整个太空处于高度真空状态，除了一些尘埃和星云集中的地方，绝大多数空间只有极其微量粒子飘荡，根本无法吸收和反射亮光。而星系之间的间隔就更巨大了，都是以数十万到数百万光年计算，因此这个巨大空间就更真空了。

一般认为，宇宙密度平均每立方米只有1个粒子。这个密度是宇宙中所有粒子加起来（包括所有星系和恒星都化为粒子），与空间的比例计算的。因此宇宙的空旷超乎人的现象。

而在宇宙尘埃集中的地方，我们就能够看到星云的反光，由此望远镜拍下了绚丽多彩奇形怪状的星云，如创生之柱等等（下图）。其实这些星云的密度也很小，每立方厘米只有几十到上百个粒子，而在高度真空的月球表面，粒子也达到每立方厘米上万个呢。

但这些星云在真空度极高的宇宙空间，就很密集了，且范围巨大，动辄数光年甚至数百光年，这些粒子总量是很巨大的，因此星云是孕育和形成新恒星之母。

这就是我们夜间仰望星空，繁星点点，但背景一片漆黑的原因。现代宇宙学认为，由于宇宙不断在加速膨胀，未来的星空将越来越稀疏，背景就会越来越黑暗，最终宇宙在热寂中消亡 。当然这个时间会很漫长，漫长得人类根本无法忍耐，早就不知所踪了。

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