宇宙为什么看上去是黑的

宇宙为什么看上去一片漆黑

大家好,今天小编来为大家解答以下的问题,关于宇宙为什么看上去是黑的,为什么晚上的天空是黑的这个很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!

本文目录

  1. 太空中那么多恒星都在发光,但太空为什么是黑暗的
  2. 太阳把白天照的这么亮,为什么宇宙是黑色背景
  3. 宇宙中有无数星体在持续发光,为什么看天空不是一片亮色,而是漆黑一片,只有几点星光
  4. 宇宙为什么看上去是黑的

太空中那么多恒星都在发光,但太空为什么是黑暗的

天文学是极具魅力的,这毋庸置疑,在人们对太空未解谜题之中确实有过一个“最著名的难题”:太空为什么是黑的?

就是这么一个被我们视作常识的问题,却让众多天文学家反复研究,这也是天文学的魅力所在。

图/创世之柱,哈勃望远镜摄

1576年,英国人托马斯·迪格斯尝试解释为什么夜晚没有被星光照亮,迪格斯是哥白尼的支持者,认为恒星散布于宇宙空间中。他说:“无穷天际上的恒星发出无限的光芒,但是它们互相遮挡,而且距离相当遥远,于是星光越来越弱……所以我们看到的现在的夜晚才是如此黑暗。”

这解释似乎很有道理,但细想一下却并非如此。我们假设我们处在一片无限大的森林之中,不论树木分散地如何稀少,不均匀,我们的目光所能看到的必然是数不清的树木,没有一丝缝隙。

同样的情况下,我们将树木替换成恒星,而在这无限大的宇宙之中,我们不论往哪里看,必然入眼都是数不清的恒星和他们发出的光。

这个想法便是德国天文学家开普勒在1610年所提出的“无限森林”。如果顺着这个思路考虑,要论证我们的宇宙空间为何是黑暗的,我们必然需要处在一个有限的空间内,或者是恒星的分布并非无穷无尽,又或者光线被一些不知名的物质拦截了?

但这明显和我们现存的认知不符合,不可视作正解。

有趣的是,18世纪曾有瑞士籍的天文学家计算了有限空间情况下何时宇宙才如白昼一般,数据是当宇宙直径达到1千亿光年!

同样是计算,德国天文学家奥伯斯大神的计算则更加高级,他运用数学里(我知道过程说了也白瞎,就不提了)微积分的概念,详细地推导了开普勒所提出的“无限森林”。

1823年,奥伯斯写了一篇宇宙学论文:如果恒星均匀地分布在宇宙空间里,离地球近的恒星,自然看起来就大,但远处的恒星数量也会很多。奥伯斯力图证明,数量巨大的远距离的恒星虽然“目视尺寸”相对较小,但在我们视野中仍覆盖着整个天空。如果宇宙是无限的,就意味着天空中充满着无数的闪亮的星星,那么夜空应该会和白天一样明亮。

奥伯斯的计算非常顺利,推导毫无错误,但结果却有违常理,这也被成为“奥伯斯佯谬”。

图/海因里希·奥伯斯

如果推导必然正确,结果却是错的,那么必然是一开始的前提错了。

果然还是需要依靠我们现代宇宙学来揭秘。

宇宙的空间是否有限我们不得而知,但是以我们科技技术所能及的位置看来,宇宙之大仍无法捉摸。甚至当我们闭上眼,仔细地扩张我们脑海里那张“3D宇宙图”时,仍然无法想象宇宙的边界是什么?边界之外又会是什么?边界之外如果什么都没有那会不会是系统CPU不足?那我们身处世界是否是游戏世界?身边的人都是NPC?(扯远了┑( ̄Д ̄)┍)

但再说句诛心的话,即使题主们都是NPC,这个游戏世界之外又是否有边界?

总之宇宙的空间大小是我们现在无法探究的,但是时间可以。

众所周知,光的速度是可知的,在生活中,我们目光所能及的事物还未超出光的速度极限,但宇宙的大小却远远超出了。

因而我们必然知道,当我们观测宇宙时,看到的东西是有“延迟”的,例如我们所看到的月球实则是1.28秒之前的月球,而看到的太阳则是8.3分钟之前的太阳。

随着距离的加大,我们所能看到的宇宙也就越古老。

图/宇宙大爆炸后我们所能观测的宇宙实则与时间界限有关

对,你猜的没错,如果我们能够观测到137亿光年外的宇宙,我们甚至可以看到宇宙大爆炸的景象。

但这不是重点,重点是137亿年前的宇宙大爆炸同时也成为了光的极限,或称距离的极限,距离我们137亿光年外的地方射向我们的光还远远没有到达我们这呢。

所以在这个情况下,宇宙是存在边界的。

另外,我们又是否能够真的感受到所有频次光波?

我们知道,哈勃望远镜在拍摄太空深处的照片时使用的是红外线拍摄,因而照片看起来绚烂而且明亮,这是因为太空深处的光线抵达地球时多为红光,若非红外线拍摄是无法拍出好看的照片的。

为何远处的光线抵达时会是红光?这要从多普勒提出的多普勒效应说起。

多普勒曾在一次铁路旁行走时发现一个有趣的现象:当火车靠近,汽笛声变得短促而高昂,远离后变得缓慢低沉。他便是从中发现了“频移”现象,即声波与接收体的距离会改变声波的频次。

同样,光也是一种波,因而光波也随距离的变化发生“红移”现象,当距离不停变远时,光线会向光谱上的红色移动,逐渐进入人眼无法感知的区域。

这当中还涉及到了天文学家哈勃先生所提出的哈勃定律,哈勃定律是哈勃通过记录遥远星云的变星发出的红外线强度所得出的定律,他指出星球之间正处于不断相互远离的过程中,而且互相退离的速率与他们之间的距离成正比。

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离我们很远的恒星正在以不可思议的速度远离我们,越远的光线越不可见,年轻的宇宙更是限制了宇宙的边界。

所以这么看来,宇宙看起来是黑的也很正常嘛~

太阳把白天照的这么亮,为什么宇宙是黑色背景

对于题主的这个问题,简单来说,笔者认为其实是人眼对光感受的局限造成的。而看了一下目前已有的回答,感觉都有点似是而非,并没有讲清楚。所以不如让我们一起来理解一下这个问题并探寻可能的答案。放心,没有复杂的理论和公式啥的。

太阳为什么把白天照的这么亮?

当然啦。是太阳给了我们地球光和热,还有满满的保护!

太阳是一颗年轻的恒星,其内部不停的进行着永不止息的聚变反应,从而向四面八方释放出大量的能量。太阳光就是这些能量的一部分,而正是太阳光照亮了地球!这就有点像在黑夜里打开的手电筒,里面射出的光可以照亮墙壁上的画,地上的椅子一样。

阳光到达地球,能接受到光的一面自然被照亮,成为白天,而没有被光照到的背面,就是黑夜。由于地球在自转,所以背光的一面慢慢会转到朝向太阳,于是黑夜过去,黎明到来。

这里有个细节其实应该注意:白天之所以这么明亮,很均匀,还有地球的大气层散射了太阳光的缘故。太阳光被大气层内的气体分子均匀的反射到各个方向(漫反射),使得天空变亮,而且没有被太阳光直射到的地方也变得明亮。这样的白天才是我们现在习惯的样子。

没有大气的星球,比如月球,即便朝向太阳的一面被照亮,看起来也没有地球上的白天明亮。看看下图,月球上的白天跟地球上的白天感觉完全不一样,这就是没有大气的漫反射的缘故。

而且在月球上,光明与黑暗的界线很分明,阳光没有照到的地方就是绝对的黑暗。不像地球,因为有大气的漫反射,即便没有被阳光直接照到,但是靠近白天的地方还是有朦胧的光,这就是晨曦和傍晚的由来。放在月球上,白天跟黑夜的交替可能转瞬间就发生了。

之前说太阳还在保护地球?是的,太阳用自己的光压和磁场撑起了一副巨大的保护伞,护佑着整个太阳系的各个星球,免于外太空狂暴的宇宙射线和流星陨石的破环。所以,太阳不但给了地球人类光和热,还时时刻刻“罩”着我们。咱们对太阳要有一颗感恩的心不是?

我们目前的宇宙观

根据现代宇宙起源假说(“大爆炸理论”),我们目前生存的宇宙源自于一次惊天动地,史无前例的大爆炸。爆炸发生在距今大约137忆年前,之后宇宙有一段黑暗世纪——也许是宇宙最黑暗的一段日子——整个宇宙没有一点星光,毕竟那段时间,星系还没有形成呢!后来宇宙继续发展,慢慢开始形成早期的星星,又发展出早期的星系。然后在暗能量的推动之下,宇宙开始膨胀,慢慢越变越大。直到在地球上,产生出了人类这样的智慧生物。

在目前我们人类的观测中,宇宙是无穷无尽的,其内包含的各种能量,物质比如星系等也是无穷无尽的,更不用说组成星系的一颗颗恒星以及围绕恒星运动的行星了,也是无穷无尽,数不胜数。比如下图的每一个点都代表着一个类似银河系的星系(图片来自斯隆数字巡天探测计划),而每一个星系又包含上千亿颗恒星(比如我们的银河系就包括大约1千亿到4千亿颗恒星)。

宇宙包含的恒星是如此之多,如此的无穷无尽。当我们在地球上,向夜空中的任一方向看过去的时候,视线所及都会碰到无数的恒星。比如下图,星星分布在一定的空间里面,如果我们只能观测到半径为R的区域,那我们能看到两颗发光的恒星。而在两倍半径的距离上,我们多看到了2颗星星,这样总共我们就看到了4颗恒星。以此类推,如果我们能看到无限远处(或者宇宙的边界),我们就能在这个方向上看到无数的星星,塞满整个夜空。

对观察者来说,无数的星星叠加在一起,会让观测者觉得漫天都是星星,不是吗?

宇宙真的是黑色背景吗?

如果整个天空都布满了星星,那为什么夜空还是黑色的呢?这个是题主的困扰之处,相信也是很多读者的疑问,是呀,既然星星会发光,而且漫天都是星星,为什么夜空还是黑色的呢?

这个问题,笔者在开篇就说了,我们的人眼看着夜空是黑色的,原因在于我们的肉眼感光能力比较弱,根本接受不到那些遥远星星发射过来的星光。接收不到足够的星光,在人眼里面自然就是黑色的夜空了。这很直观,是吧?我们在夜空中还是能够看到不少星星的,比如北斗七星,比邻星,甚至仙女座星系等一些更加遥远的天体。这些星星要么离地球很近,或者星光足够强,所以都能被我们人类的肉眼看到。

人类的肉眼看不到?那科学仪器和天文望远镜呢?它们能看到么?在它们的“眼里”,夜晚的星空是什么样的呢?来,这里上几张夜空图,有图有真相嘛!

上图是哈勃太空望远镜看到的宇宙星空。你看,在哈勃望远镜的眼里,夜空可不是漆黑一片哦,而是明亮,五彩缤纷的场景,分外的壮观美丽!有读者可能会问,图上不是还有很多黑色的区域么?是的,这些区域在这张照片上是黑色的,但是如果哈勃集中眼里,观测这些黑色的区域,一样也能看到无数的星系,星光和发亮的星云。哈勃太空望远镜有一个“超深场”的望远镜就是可以在这些黑色的区域看到更多的星星。

上面的动图清晰的展示了,在一片漆黑的星空区域里面,其实可以看到大量的星星。只要有好的精细敏感的设备,照样能够接受到来自这些区域的星光。

有人说,哈勃太高端了,那看看下面的图,是华为P30系列手机拍的夜空:

增加曝光量和曝光时间,加上防抖,你看,夜空中很多的星星都被拍下来了。所以夜空是黑色的,只是对人类的肉眼来说。如果换上感光更好的仪器设备或者就是普通的手机,它们看到的夜空肯定不是黑色的。

为啥“奥伯斯佯谬"不能用在这个场合?

“奥伯斯佯谬"就是由奥伯斯提出来,反对静态宇宙学说的一种诘问,“既然宇宙有无穷无尽的星星,为啥夜空还是黑色的?”既然叫“佯谬”,其实就是没有这个矛盾,所以才叫“佯谬”——佯攻,就是“假装”攻击是吧?如果真有难以解释的矛盾,那就应该用“悖论”这个词了。

如果我们的宇宙是静态宇宙的话,也就是没有大爆炸和宇宙膨胀的特征,一直维持目前的不变化状态,经过很长时间之后,整个宇宙确实应该到处都是亮堂堂的,毕竟光已经在宇宙内部传遍了。但是,目前我们人类才开始观测宇宙没有多长时间,有些来自遥远恒星的光根本还没有到达地球,我们又如何能看到?这也是除肉眼太弱之外的另外一个因素来解释为啥夜空看起来是黑的。

好了,我们对这个问题的理解和探寻答案的历程就到这里吧。相信聪明如你,已经有了自己的答案了。如果有不解之处,或者更天才的想法,欢迎留言讨论。

关注我,了解尖端科学,品味宇宙的神奇。

宇宙中有无数星体在持续发光,为什么看天空不是一片亮色,而是漆黑一片,只有几点星光

其实这好问题就相当于在问:夜晚的天空为什么是黑的?也就是著名的“奥伯斯佯谬”!

很多人对于这个问题会不屑于顾,会认为夜晚当然是黑的,没有太阳照射当然是黑的。

但按照经典力学中对宇宙时空的诠释,我们的宇宙空间是绝对的无限的静止的,这就意味着不管什么时候都会有无数光线照射在宇宙的任何地方,当然也包括地球太空!

如此这样说,意味着无论什么时候,地球上的天空不应该是黑的,而应该是和白天一样的。即使白天有太阳照射,但和无数光线相比,多出来的太阳光可以忽略不计,无穷+1仍旧是无穷!

这也是科学家推测宇宙不是无限而是有限的一个证据,也是对宇宙大爆炸理论的一个重要支持!宇宙不但是有限的,也不是绝对的静止的,而是相对的不断运动的(不断膨胀中)!

宇宙的超光速膨胀意味着足够远的光线根本来不及到达地球,即使很多到达地球的光线也会因为空间的膨胀,波长被拉的很长,最后成为微波(红移现象),自然不会照亮地球的天空,这也是为什么晚上的天空是黑的!

宇宙为什么看上去是黑的

人类是生物长期进化??的产物,作为感光的眼睛??是由眼细胞构成的。而人的眼细胞已经适应了阳光??的频率,即适应了可见光的频率范围。超出此范围的光线,人类是看不见的。比如,红外线和紫外线等。

因此,若问宇宙为什么是黑色的,有两种不同的含义。其一是针对人眼而言的,即我们没有感应到可见光的存在。其二是指全波段的光,包括电磁波、x射线及伽马射线等。

严格地说,上述所提到的各种光线在宇宙中都是存在的。只是,要么超出了人眼的感应范围,要么就是过于稀少,不足以引起视觉神经的反应。如果利用望远镜??的话,宇宙是会显得亮一些的。

当然,问题的本质不在于此。问题是如此多的天体(恒星),为何仍然没有点亮夜空?

其原因在于空间不空,作为物理背景的空间充满着不可再分的最小粒子即量子。而光子只是受到激发的量子。

所以,光在其传播的过程中,会与空间量子发生碰撞??,损失能量,从而使光的频率降至红外端。这就是光的耗散红移。

于是,要么我们看不见红外线,要么光子直接还原为基态量子了,即光的传播距离是有限的。

此外,由于基态量子的体积和质量都非常小,所以光能的损耗是非常低效的,即光需要经过漫长的传播,才会显著地降低其频率,还原为基态量子。

因此,宇宙的黑暗,一方面说明我们的宇宙是有限的,另一方面也意味着天体的密度不够大。光的强度会与距离的平方成反比。因此,当遥远的星光??传播到地球??时,其强度已大为下降,致使光线非常微弱。

总之,宇宙为什么是黑色的,这个著名的奥比斯佯谬,是因为量子空间的存在,致使光的传播距离是有限的,以及宇宙是有限的,而且宇宙中的天体极为稀少。

好了,文章到此结束,希望可以帮助到大家。

宇宙为什么看上去一片漆黑

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