为什么宇宙是黑的?你以为是正常现象,实际隐藏着宇宙的大秘密

人类从未停止过对宇宙的想象

在古希腊时期,人们把现象分为月球之上和月球之下,他们认为这两个地方适用的规则并不一样,其中月球之上也就是天空,是星星像是一块幕布一样遮挡在天空中。

而地球位于宇宙的中心,所有的天体都围绕着地球转动。

在当时,古希腊先贤们对宇宙的研究并不多,这是因为他们认为宇宙是完美的,所有的天体都在做完美的匀速圆周运动。

后来,第谷通过观测发现了超新星和彗星,否定了月上完美的理论;开普勒提出了开普勒三定律,发现了行星的运动轨迹并不是圆周运动,而是椭圆。比如:月球就有近地点和远地点。

此时,伽利略也用望远镜发现并不是所有的天体都围绕着地球转动,还有一些天体的运动轨迹和地球并没有关系,比如:木星的卫星。

也就是说,地球并不是宇宙的中心,科学家们发现太阳才是宇宙的中心。这就是日心说,它最早是由古希腊的阿里斯塔克提出来的,后来到了中世纪,又由哥白尼提出,并完善成一个可靠的模型。

但是我们现在知道了,宇宙并没有一个中心,那这个理论是谁提出来的呢?其实是牛顿。

牛顿万有引力

1687年,牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中提出了大名鼎鼎的万有引力定律:任意两个物体之间都会受引力相互吸引,引力的大小与它们质量的平方成正比,和它们之间的距离成反比。

牛顿的伟大之处在于他将宇宙的自然规律和地球上的拟合在一起,并且非常准确。

但是问题又来了,牛顿发现按照自己的理论,宇宙中的天体应该会因为引力的作用而相互靠近,并逐渐挤压成一个点。但是现实中并没有观测到这种现象。

于是牛顿认为宇宙是无限大的,这样各个地方的天体受到的引力就会相互抵消,既不会相互靠近也不会相互远离。按照牛顿的理论,宇宙中并不存在中心,因为处处都是中心。

但是德国天文学家奥伯斯在1823年提出,如果宇宙是无限大,并且是静态的宇宙(也就是宇宙不会膨胀,也不会缩小),那么晚上不应该是黑的,而应该有许多星光到达地球,最终把地球照亮,但实际观测并非如此,这就是奥伯斯佯谬。

宇宙为什么是黑的?

其实并没有科学家回答奥伯斯佯谬,但是科学家们在解决问题时,顺道把这个问题也解决了。

1905年,爱因斯坦发表了4篇开创性的论文,其中就有一篇是广义相对论。他在推导自己的广义相对论重力场方程时,发现方程得到的是一个膨胀的宇宙,这和爱因斯坦的世界观并不符合,因为他认为宇宙是永恒的,于是他在方程里加了一个宇宙常数,抵消了膨胀效应。

但很快爱因斯坦遭遇了打脸,这时哈勃通过望远镜发现了宇宙中一些天体发生红移现象,也就是离地球越来越远,而且离地球越远的天体,红移的速度越快。虽然哈勃对自己观测的现象拒绝做出解释,但是敏锐的科学家们已经知道了宇宙正在发生膨胀。

也就是说,爱因斯坦添加的宇宙常数其实是画蛇添足,但是神父勒梅特(同时也是科学家)却指出,只要给宇宙常数取一个特定的值,就可以描述宇宙膨胀的速度。

根据宇宙大爆炸理论,人们可以倒退过去,如果说宇宙是不断膨胀的,那么宇宙就应该有一个奇点。后来科学家提出了一个模型:宇宙大爆炸模型,在这个模型中,宇宙起源于138亿年的大爆炸,并且一直膨胀至今。

由于宇宙存在着一个开端,持续至今大概是138亿年,再加上光子传播的速度是光速,因此人们能够接收到的光子有限,所以夜晚只有少量的星光,很多光还没有到达地球,因此,地球不是被星光所覆盖。

当然,人们并没有止步于解决为什么夜空是黑的,科学家们还发现宇宙的膨胀速度并不一样,在宇宙刚诞生之初,宇宙发生了暴涨,在一普朗克时间里,空间从一粒蚂蚁那么大暴涨到了几十倍可观测宇宙那么大。

之后宇宙开始减速膨胀,但现在科学家们发现了暗能量在促使宇宙加速膨胀。所以天文学中还有许多未解之谜等待着科学家解决。

总结

有时看似非常简单的问题,背后涉及的原理非常复杂,黑夜中的星光就是如此。科学家们虽然没有正面回答这个问题,但在解答其他问题时顺道把这个问题也给解决了。