为什么晚上天是黑的

日期：2024-04-03 03:07:37 栏目：百科答疑浏览：577次来源：原由网群学书院侧边栏

为什么晚上天是黑的

题图：夜晚的天空中除了数千颗闪亮的恒星，背景一片黑暗

在寂静的深夜，每当我们抬头仰望天空时，只能看到漆黑一片。那么，夜晚的天空为什么是黑色的呢？这个问题看似简单，却足足困扰了人类200年。

一切要从我们怎样看见物体开始讲起。光线进入我们的眼睛后，通过晶状体折射成像在视网膜上，连接视网膜的视觉神经再把这些信号报告给大脑，我们就看到了这个纷繁复杂的世界。无论是能够发光的手机屏幕、路灯等，还是能够反射光线的书本、桌椅、树木等，当它们的光线传到我们的眼睛时，就会在我们的脑海中呈现对应的影像。

在浩瀚的宇宙中，我们能看到北斗七星、月球等天体，也是基于同样的道理。不过，因为它们与地球之间存在一定的距离，光线从发出到传到我们的眼睛需要一定的时间。

以太阳为例，太阳光从太阳表面射出后大约需要8.3分钟才能到达地球。如果某颗星与我们距离过远，而光速是有限的，它发出的光就没有足够的时间到达我们的眼睛，我们也就无法看到它。宇宙诞生于约138亿年前的大爆炸，在有限时间内，大量遥远恒星的光线还没有到达地球，也就是说，光线没有填满整个宇宙空间，所以夜晚的天空看上去就是黑色的。

为什么晚上天是黑的

■三角星系中许多恒星发出的光已经到达地球

夜空黑暗之谜通常被称为“奥伯斯佯谬”，这一概念由德国天文学家海因里希奥伯斯传播并普及。奥伯斯等学者认为，我们无法在夜空的每个角落看到恒星，恰恰证明了宇宙不可能是无限且永恒的：如果宇宙是无限的，天空中将缀满恒星，而无限的时间足以让恒星炫目的光芒到达地球，夜晚将和白天一样明亮。

看似寻常的现象实际蕴藏着宇宙奥秘，今天我们特别推荐这本《BBC宇宙的本质：夜晚的天空为什么是黑的》。

为什么晚上天是黑的

点击文末“阅读原文”亦可购买

▽

夜晚的天空为什么是黑的？

聚焦前沿研究，诠释宇宙本质

人们对于宇宙的困惑远不止夜空的黑暗。宇宙是会永远膨胀下去，还是会坍缩为一个点？时间是从过去流向未来吗？除了我们这个宇宙，还有其他宇宙吗？宇宙中有没有其他智慧生命呢？这些热门问题的答案都可以在《BBC宇宙的本质：夜晚的天空为什么是黑的》中找到。

为什么晚上天是黑的

这本书从恒星的命运轮回到宇宙波澜壮阔的终极宿命，再从搜索地外生命讲到探寻另一个宇宙，包含众多前沿理论，比如相对论、多重宇宙、暴胀理论、量子力学等，作者以专业的视角，用生动的语言和示意图将这些晦涩抽象的理论进行细致地阐述，为我们解答了许多宇宙难题。

为什么晚上天是黑的

■ 时空中的奇点的示意图。它既能描述坍缩中的黑洞，也能描述膨胀中的宇宙

当一个宇宙所拥有的质量产生的引力足够对抗其膨胀时，我们称之为闭宇宙。反之，如果一个宇宙质量不大，引力就不足以降低其膨胀速度，我们称这种宇宙为开宇宙。除此之外，还存在一种特殊情况——平直宇宙（也称平坦宇宙）。三者分别对应着宇宙最后的3种可能结局：坍缩、永远膨胀、平衡。

为什么晚上天是黑的

■斯蒂芬霍金

基于这三种宇宙模型，科学界对宇宙的命运众说纷纭，这些观点中备受关注的当属霍金的宇宙假说。20 世纪80 年代初，英国物理学家斯蒂芬霍金提出了一种假说，认为宇宙是闭合的。他假设，宇宙必然没有原由网边界（无论是在时间还是空间上都没有“边缘”）。这其实不难理解，假设我们能站在大爆炸发生的瞬间，就相当于站在地球的北极点上，这时，所有方向都是南方，空间上是没有边缘的。

同理，时间的每个方向也都走向未来。霍金认为，这种宇宙的引力足够大，膨胀将趋于停止，空间必然会在达到最大值之后朝着大挤压的方向坍缩。在宇宙进入坍缩的半程之后，时间有可能会倒流。

为什么晚上天是黑的

■在一个正在坍缩的宇宙之中，时间会倒流，因此水滴将从池塘里的涟漪处“向上飞起”

霍金的这一理论是以多世界概念为基础的。“多世界”一词，不禁让我们联想到很多影视作品，它们都引入了平行世界的概念，比如美国科幻电影《彗星来的那一夜》、Netflix烧脑德剧《暗黑》，还有各种穿越剧等等，都是以交错的平行世界为背景，为我们讲述了主人公的奇遇。你是否想象过，有一天你走在路上，另一个你自己会迎面走来呢？

为什么晚上天是黑的

■ 由埃尔温薛定谔设计的思想实验“薛定谔的猫”

平行世界真的存在吗？这涉及量子多重宇宙的相关知识。我们都听说过“薛定谔的猫”实验。这个实验是一个思想实验，让我们想象一下，把猫放入一个充满毒气的封闭盒子，猫存活和死去的概率各为50%。在打开盒子之前，我们不活知道是死还是活。量子力学的标准诠释认为，盒子里的猫属于既死又活的叠加态，打开盒子时收缩成“活”与“死”中某一个本征态。而量子力学的多世界诠释则认为，存在两个世界，打开盒子时活着的猫和死去的猫分别存在于两个平行世界。根据这一理论，这个世界的你正在手机上看这篇文章，另一个世界的你可能已经下单这本书了。

结合理论与实践

科学梳理人类探索历程

如今前沿的宇宙研究成果，都经历了一个艰难且漫长的探索过程。以测量天体距离的方法为例：最初，人们使用三角测量法进行天体测距，但这种测绘方法只能测量距地球较近的天体，如月球、火星。依巴谷卫星这类空间探测器发射升空后，人类才开始以较高的精度测出诸多恒星与地球之间的距离。在光谱分析等测量技术的辅助下，恒星的大小、距离，乃至其构成、运动速度与质量等数据逐渐清晰。

为什么晚上天是黑的

■甚大阵（Very 原由网Large Array，VLA）这样的射电天文观测站，将多个射电望远镜连接起来，以达到更大尺寸的设备的分辨率

随着空间探索技术不断取得新突破，天文数据日益完善，宇宙理论也不断更迭。稳恒态模型与大爆炸模型的竞争一度势如水火，各自的支持者就宇宙中的物质怎样被创造出来展开了激烈的争论。最终，天文学家在使用射电望远镜与光学望远镜对太空进行探索后，证实了宇宙会随时间推移发生变化这一观点。稳恒态终成“模型”，而大爆炸则成了经过证实的“理论”。

为什么晚上天是黑的

■宇宙早期温度极高，以奇点为中心不断膨胀。随着膨胀的进行，宇宙逐渐冷却，产生质子、中子等粒子，进而形成氘和氦等原子核

目前人类了解的宇宙只是沧海一粟，随着研究的深入，宇宙理论也需要不断地修正。在建立宇宙模型时，即便是“最强原由网大脑”爱因斯坦也难免出现失误。爱因斯坦提出广义相对论后，为了保证这个宇宙模型是静态的，人为地创造了“宇宙学常数”这一概念，并引入了广义相对论方程。然而，这一观点在日后被证实是错误的，恰恰是宇宙学常数的引入差点毁了广义相对论方程。爱因斯坦表示，这是自己一生中最大的错误。

为什么晚上天是黑的