宇宙为什么看上去是黑的?

宇宙为什么看上去是黑的?,第1张

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。

这个问题叫奥伯斯详谬。奥伯斯是德国天文学家,他在1823年专门从科学角度提出这个问题——如果宇宙无限大,里面的星星无限多,光照时间无限长,夜幕上应该都是发光的星星,一点空隙都没有,夜晚应该和白天一样亮才对。为什么事实并不是这样呢?

奥伯斯自己没有答案,到了今天,科学家得出了不止一个答案。首先,宇宙并非无限大,直径约九百亿光年。光照时间也并非无限长,不超过137亿年,也就是宇宙大爆炸的时间。

其实宇宙并非一直这么黑,大爆炸后最初几千万年,宇宙比现在小得多,里面的物质稠密得多,也比现在亮得多。从那时到现在,宇宙一天天暗下来。

其次,银河系中的恒星有百分之七十是红矮星。它们的体积和质量都不到太阳的一半,发光呈红色,光线暗弱。所有红矮星都由天文望远镜发现,我们凭肉眼一颗都看不到,但它们却是恒星的主流。银河系外恒星哪些种类尚不得而知,但用肉眼一个都看不到,在这个问题上可以忽略不计。所以,天体发光能力有限,也是宇宙为黑色的原因。

再次,星际间有很多消光物质,以星云为主,它们遮住了其中很大一部分光。比如银河系中心是个致密亮核,如果没有消光物质隔在中间的话,它在夜里应该和满月一样亮。但我们在夜里却看不到它,就是被很多暗星云挡住了。

还有,夜之所以黑是因为有红移,这要到二十世纪才被观测到。

当天体朝着我们运动时,它的波长变短,频率变高,颜色就会变蓝。如果远离我们,就会变红。然而天文观测表明,遥远的天体都在红移,这说明宇宙本身在膨胀,这样一来,遥远星体发出的光就不断从可见光变成红外线、再变成微波,也就是朝着我们肉眼看不到的方面变化。但是在射电望远镜里还能看到它们。

最后,宇宙间恒星的寿命有限,越大越亮的恒星如蓝巨星,寿命才几千万年。很早就爆发为新星或者超新星,然后转化成白矮星或中子星,我们就看不到了。

这个问题看着简单,却是一个困扰了天文学家几个世纪的问题,因为要回答这个简 单的问题是要基于三个假设,一,宇宙是无穷大的;二,宇宙是永恒而且不变的; 三,宇宙中以一定密度均匀地布满了星系或恒星等发光天体。

在这样的假设下,应 该就会有这样一个结论:无论我们向哪个方向看,我们都会看到相同数目的恒星, 如果宇宙是无限大的,我们看到恒星的数目就是无限多的,每一个恒星都会有一束 光线照射过来,因此我们将在各个方向看到无穷的,夜晚的天空也应该是明亮的。 但事实并非如此。 这也就是“奥伯斯佯谬”的由来。

不用公式,我们看看怎么解 答这个问题。 有两个观测结论能对奥伯斯佯谬给予解释:1,宇宙的年龄是有限的,2,我们的宇 宙正在加速膨胀,而后者是最重要的一点。关于宇宙的年龄,大约138亿年前的一 次大爆炸,这里就不细说了。重点谈一下加速膨胀的宇宙,我们的宇宙是经历了暴 涨,减速膨胀,加速膨胀三个阶段,现在正是加速膨胀的阶段,因而我们可以认为 ,大尺度上宇宙中的所有物质都在互相远离,恒星与恒星之间也是如此。

我们知道 ,而光是以波的形式进行传播的,当一个光源离我们越来越远时,光波被接收时就 会越来越长,即所谓”红移“,所以当一颗恒星加速离我们越来越远,以至于它发 出的光波到达我们这里时已经被拉的太长了,以至于从可见光波段变成我们肉眼无 法看到的红外线,那么这颗星我们也就无法看到了。所以我们凭借肉眼是无法看到 宇宙中所有恒星的光芒的,实际上只能看到很有限的一小部分。这也从一个侧面解 释了宇宙是有限的无边界的理论。

多说一点,在可观测的宇宙中,所有恒星所产生的能量是很小的,有人经过计算, 若要照亮夜空,可观测的宇宙需要的能量是现在的10万亿倍,每颗恒星发出的光线 要上升10万亿倍,或者恒星的数量要增加10万亿倍。还有,恒星也是有寿命的,也 会死亡。 所以,夜空还是我们熟悉的夜空!

这个在中学棵桯里写到,在宇宙里过于空间太大,一些星星发出的光只能:是足步地区,照不了怎个宇宙,有时却又是一片漆黑太正常不过了,如果是在高考有关宇宙方面的问题,我赶说百分之八十的可能答对,哈哈哈

因为地球太小太小小到宇宙中的一粒尘埃

在地球上黑暗的感受还不太明显,毕竟我们有一半时间是白天,无论你抬头仰望哪里都是一片光明, 但是一旦你进入太空,这种感受就会非常强烈,感受到的是渺小、是孤独、看到的是无边的黑暗。

所谓的黑色就是没有光源发出来,或者是其实有光,只是没有进入观测者的眼睛,有点天文学背景知识的读者会知道答案当然是第二种,那么我们为什么看不到的光呢?

早在1823年德国天文学家奥伯斯也提出了类似的问题,被称为奥伯斯佯谬,他认为既然宇宙是无限的,恒星是均匀的,那么夜空就不该是黑色的,而应该被照的一篇光明的,因为总有管线能照亮地球,为什么却不是这样呢?

图释:奥伯斯佯谬,想象宇宙是亮的

天文学家给出了两种主流解释:宇宙年龄有限和宇宙红移。

1、宇宙年龄是有限的。

这个可以这么理解,宇宙中的确有着无数的恒星(太阳仅仅是一颗普通的恒星),恒星在不断的发光,但是光速是有限的,有限的时间、有限的光速,想要整个宇宙就是不可能的,所以观测到宇宙不可能是一片光明。

况且宇宙的膨胀速度是大于光速的, 宇宙的年龄是137亿年,也就是我们追溯的最早也就能观测到137亿年前的宇宙,但由于宇宙的膨胀,我们已经观测到了470亿光年远的位置,而且宇宙目前还在如吹气球一般的多点膨胀下去,所以有限的光速和有限的宇宙年龄是无法照亮整个宇宙的。 图释:哈勃定律,可用来推算遥远星系的距离

2、宇宙学红移

宇宙学红移是一个天文学中的概念 ,就是当光源距离在移动,且不断地远离观测者时,观测者观察到的电磁波谱波长就会变长, 频率就会变,而不再是原来的频率和波长,当波长大于红色波段时,人类肉眼就无法观测到了 ,这种现象就称为红移,和经典物理中的多普勒现象有类比性。

图释:目前通过仪器已经观测到宇宙微波背景辐射,可以看到在人类可观测的范围内几乎全部是存在光源的(当然有些可能是反射光)。

宇宙的诞生是“天道”运化的结果!

宇宙维度越低空间越暗!

这个问题只能简单回答到此,说多了没用!

回答这个问题之前先说一下几个观点:

1.在地球上白天之所以很亮,是因为大气层的存在对光进行吸收再辐射,几乎每一点都可以看做一个点光源。就像是光被照进一个密闭的圆球空间内,内壁可以反射光,并且光是源源不断的。所以白天会显得很亮。

2.太空上几乎是真空的,光线真空中直线传播,航天员穿着航空服在太空中看到的太阳就是发光的天体,而四周空无一物不会很亮。

3.宇宙中恒星真的很多大多数都别太阳要亮,单位能达到万亿亿颗。但是宇宙真的很大,目前人类可观测宇宙930亿光年。

接下来回到提问:

理想状态下 ,夜晚打开一盏灯它的照亮范围是有限的(虽然光子不灭,可永恒传播),多开一些灯也可以达到灯火通明的程度,较之我们的宇宙恒星再多一点,密度再大一点也可以达到“灯火通明”的状态。但是我们的宇宙中的恒星并不是像一盏路灯一样固定不动,我们的宇宙年龄大约138.2亿年,但是现在人类可观测宇宙已经达到了930亿光年,这说明宇宙在加速膨胀,并且速度可能超过光速。在高中的物理课上我们都学过多普勒效应,当恒星的退行速度极度快的时候,会改变其波长发生红移现象,最终变成难以被看到的红光。甚至恒星的光都到达不了我们的太阳系。因为现在已经确认宇宙在加速膨胀,科学家猜测有一天漫天星辰我们可能只会看到太阳系的行星和我们的卫星月球了。

另一种原因上边也提到了,宇宙太大恒星不够多,太空中存在的星际物质、星际尘埃等会吸收光,到达我们这里的光几乎微弱黯淡到无。

简单回答抛砖引玉,期望更多优质答案。

先砸答案吧:宇宙实在是太大了,而且还在变得更大(膨胀)之中。

我们可以想象一下,如果我们在一间黑暗的房间里点燃一根蜡烛,那么这个房间的每个角落会瞬间充满烛光。

如果把这个蜡烛拿到黑暗的室内篮球场里,那么远处的角落就几乎无法被照亮。

如果我们把这个蜡烛移动到一个更大的足球场里,我们在看台上,也是很难分辨出球场中心烛光的微弱亮度。

让我们再来了解一下宇宙的尺度。

1、我们的地球平均直径为12742千米,不过是宇宙中的一粒尘埃。

2、地月距离38万千米,在这个直径为76万千米的地月空间中,光穿过需要2.53秒。

3、火星轨道,1.35个天文单位,光穿越这个立方体需要13分钟。

4、冥王星轨道,120个天文单位,光穿越这个立方体需要17个小时。

5、太阳系的边缘奥尔特星云,12000天文单位或0.19光年,光穿越这个立方体需要70天。

6、太阳系到半人马α,120W天文单位或20光年,这个立方体的体积为8K立方光年。在这个位置上,如果我们的太阳是一颗苹果那么大,那么这个立方体就比地球还大。立方体中恒星数量17颗。

7、太阳到人马臂或者是猎虎星云,立方体宽度2000光年,立方体体积80亿立方光年。立方体中恒星数量约200W颗。

8、太阳系到小麦哲伦云,立方体宽度20万光年,体积8000W亿立方光年,约1万亿颗恒星。

9、银河系到M81,立方体宽度2000W光年,体积80W亿亿立方光年,恒星数量约10W亿颗。

10、本星系群到大熊座1,立方体宽度20亿光年,立方体中星系的数量约1亿个,超星系团之间的平均距离3亿光年。

11、已知的宇宙,星系数量约1000亿个、恒星总数约50万亿亿颗,正在继续膨胀,也许永远膨胀下去。

总结前面的介绍我们可以看出:宇宙之所以黑暗,并不是恒星本身的问题,也不是来自外界的干扰,而是因为宇宙实在是太大了,而且还在继续膨胀,恒星之间的距离越来越远,光线自然也就越来越稀疏,这就导致我们看到的宇宙背景是黑色的。

拥有数以万亿计恒星的太空依旧一片漆黑,这个问题早在1823年就被德国天文学家奥博斯提出了,因为当时物理学家们心中的宇宙还是一个稳恒态的无限宇宙,因此奥博斯指出在静止均匀且无限的宇宙中由于每道视线都会终结在一颗恒星上,所以宇宙应该是一片明亮没有任何黑暗的,地球的夜空也应该像白天一样明亮才对。

奥博斯的这个想法被称为奥博斯佯谬,之所以称之为“佯谬”就是因为这个想法本身就不成熟,因为在当时的科学界所有人都相信宇宙是静态的,甚至连后来的爱因斯坦都相信过静态宇宙论。

但埃德温.哈勃的研究成果证明我们的宇宙是一个不断膨胀的动态宇宙,如此一来宇宙有限的年龄和红移就证明了我们看不到宇宙的全部,并且宇宙膨胀会让光源越来越远离我们。

在目前930亿光年直径的可观测宇宙中天文学家上万个星系,在普通人眼里漆黑一片的太空一旦用哈勃望远镜长时间曝光后就会呈现出一大群璀璨的星系,所以说宇宙黑暗的背景只是表象,只要用超级望远镜长时间曝光就能看到黑暗天区深处的灿烂星系。

在哈勃望远镜升空几十年拍摄的哈勃深场以及哈勃超深场还有哈勃极深场就是通过对肉眼看起来一片漆黑的天区进行长时间曝光得到的。

你在墨汁里放led灯珠看看

在我们所观测到的直径约930亿光年的宇宙中,是均匀且各向同性的。也就是说,从我们地球的任何角度观测到的宇宙都是一样的。

图:可观测宇宙

2012年9月25日,NASA公布了一张哈勃望远镜拍摄到的宇宙照片。这是哈勃望远镜对着天炉座方向的一个极小区域进行了长达200万秒曝光得到的结果。这张照片也被称为哈勃极深空。

图:曝光区域与满月的比较

图:哈勃极深空

这张哈勃极深空的照片里,每一个亮点就是一个包含着上千亿颗恒星的星系,这张照片里的星系多达数千个。经推测,目前的可观测宇宙中,星系的数量大约有2000亿个。它们的投影布满了我们的天空。

如果这些恒星是永恒存在着的,宇宙是静止的,那么我们的夜空将是一片光明,与白昼无异。这就是德国天文学家奥伯斯提出的问题。他在19世纪20年代提出,如果宇宙是稳恒态且是无限的,宇宙中无数的恒星将会把整个天空照亮,但夜晚为什么是黑的呢?这个问题被称为 奥伯斯佯谬 。

这个问题直到哈勃发现了宇宙是在膨胀中的、宇宙的年龄是有限的后,才得到解决。奥伯斯佯谬也成为了宇宙大爆炸的重要证据之一。

正是因为我们宇宙的年龄和空间是有限的,使得恒星的数量也是有限的,它也会不断的产生和消亡;宇宙在不断的膨胀,这使得星系之间的距离不断被拉大,甚至由于空间膨胀的速度超过了光速,使得足够远恒星(可观测宇宙之外的恒星)的光芒永远也到达不了地球。这些因素就导致了我们的夜空是黑的。

这也说明了,如果宇宙是永恒、恒定且无限的,无数的恒星将会把整个宇宙加热到炙热发光的程度,这样的宇宙是不可能产生生物的。

不错,或许,那些数以万亿的恒星根本就不会发亮,恒星自身并不含发光的物质。也不像太阳储存巨大的能量,不断释放出来。自古里地球以太阳为中心进行运动,倘若有一天太阳的能量被消耗殆尽,会使地球陷入黑暗之中,也会让动植物和人类面临生存危机。

我们都知道,光线传播是需要时间的,一颗遥远的恒星从形成 到发出光亮 ,到最终让我们看见,可能需得经历几亿年甚至上百亿年,也就是说 我们现在所看到的星星 ,可能是早已灭亡的恒星。根据宇宙不断膨胀的速度,可以推测 ,大概在137亿年前 宇宙还是很小的一团,那时候很多恒星都还没有形成 ,所以我们所看到的夜空 ,有一部分很可能是来自先前的宇宙

还有一种原因是因为当宇宙膨胀时 ,远处的恒星也在离我们远去,多普勒效应导致远离我们的恒星发出红光 ,而且远离的速度越快 ,距离越远 ,红得就越厉害,直到变成红外线,直到最后我们的肉眼看不见。总而言之,夜空之所以是黑的,不仅是因为宇宙在不断膨胀 ,造成空间无限放大,恒星的光线传播需要漫长时间,最主要的原因还是来自超远距离的恒星和更远处的宇宙背景辐射发生了红移,导致很多恒星的光线从可见光谱中消失。所以我们看到的宇宙是漆黑一团

是的,宇宙中的恒星有万万亿颗,但是,宇宙中的空间更大的近乎无限,所以,平均下来,宇宙中的恒星就显得极少极少了。而且,在几千光年外的恒星光来到地球更是几乎弱之又弱,即使能反射到人眼也并不能引起人眼内的电化反应,更没有电信号传导到人的大脑。而且,几千光年内的恒星,比如,离我们最近的比邻星,也有4.2光年,从我们地球上望去,也就是针眼大,所以,在可见的三四千光年内的恒星,其光线到达地球时也巳经是很弱的了,再说,太空中的粒子极其稀少,我们的眼睛又太小太小,能够反射到我们人眼的光线,刚刚能够引起人眼内的微弱的电化学反应。所以,人感觉到太空还是暗的。这个原理被我们的科学家撑握了,为了探测宇宙奥秘,科学家就制造了很多天文望远镜,小一点的用火箭发射到太空中,大的就在地球上。比.如,我国的天眼,直经达到五百米,据科学家说,可以看到宇宙的边沿。这实在是太不得了了。我们有理由相信,再过个几年,什么暗物质,暗能量,外星人,飞碟,所有的宇宙一切之迷,都将不是什么秘密了。

为什么太空是漆黑一片?在1823年同样的问题出现在德国天文学家奥伯斯的脑海中,并由此引发奥伯斯佯谬。

奥伯斯佯谬

在宇宙大爆炸模型之前,人们认为宇宙是处于恒稳态的,宇宙的空间大小是固定不变状态,但是这种静态宇宙模型产生了一个问题, 如果宇宙处于稳恒态而且范围是无限的,则夜晚应该是光亮而不是黑暗的,这就是奥伯斯佯谬。

奥伯斯佯谬的解释

关于奥伯斯佯谬的解释,奥伯斯本人最初认为是由于宇宙中无数的星体与尘埃阻挡和吸收了恒星的光线,所以太空是黑暗的,但是这个假设很快就被推翻了,因为假如静态宇宙模型正确,根据能量守恒定律可以推测出,遮挡恒星光线的星体和尘埃迟早会被加热到极高的温度,但是事实显然不是这样。

随着宇宙大爆炸模型的提出,奥伯斯佯谬有了较为科学的解释,主要体现在两方面:

一、宇宙的年龄是有限的且处于加速膨胀状态

我们仰望星空就是在回顾宇宙的 历史 ,宇宙诞生距今约138亿年,在宇宙诞生之初,经历了暴涨阶段,明亮的宇宙随着空间的超光速暴涨而逐渐暗淡,时至今日,在可观测宇宙之外,空间依然处于急速的膨胀状态,那里恒星发出的光线永远也无法抵挡我们所处的空间,同理,空间的膨胀效应使光子永远也无法洒满整个宇宙。

二、红移

在可观测宇宙之内,依然有大量的恒星,但是它们依然无法照亮太空,这是因为虽然可观测宇宙体积较小,但是依然处于膨胀状态。这种空间膨胀的效应有一个特点,就是导致所有的恒星都逐渐远离,而且距离越远远离的速度就越快。由远离恒星发出的光线会受到多普勒效应的影响,其光线波长会变长,所有波长的光线都像红外波长方向移动,如果整个合成光波段的光线全部变长红外波长,那么在我们看来太空就是漆黑一片了。

如果在银河系或者太阳系之内呢?为什么依然是黑色的?我认为这一点可以用常识解答了,银河系范围很大,恒星之间的距离非常远,这就造成远处恒星的光强会产生很大的衰减。如果是太阳系之内呢?其实我们之所以可以看到明亮的天空,是因为天空中有许多悬浮的微粒,它们反射光线到我们眼中,而在太空环境中,缺少反射光线的物质,这就造成没有可见光进入我们眼睛,所以是漆黑一片。

为什么太空漆黑一片

综上所述,我认为宇宙膨胀、红移效应是宇宙黑暗的原因,而恒星距离远,缺少散射物质是星系内黑暗的原因。

这个问题早在几百年前就有天文学家提出来过, 比较著名的是奥伯斯佯谬,在1823年由德国天文学家奥伯斯提出:如果宇宙是无限且稳态的,且含有大量的恒星,那么就不应该有白天和黑夜之分。

地球绕太阳公转形成一年四季分明,地球自转形成白天黑夜,既然宇宙中存在大量的恒星,那么它们发射出的光线无论经过多么漫长的时间,最终被都将到达地球,那意味着我们视线所及都该是光不应该有黑夜。

这个奥伯斯悖论的基点是宇宙是稳态的,这种宇宙模型一直影响着科学家们并且根深蒂固。即使爱因斯坦也未能免俗,在1915年爱因斯坦提出广义相对论以后,曾用广义相对论场方程研究宇宙模型,最终得出了动态的宇宙模型。但是受稳态宇宙模型影响爱因斯坦在自己的场方程中加入了宇宙常数,来调整得出的结论。

直到1929年哈勃发现宇宙红移现象并提出哈勃定律宇宙的膨胀模型才开始逐渐被人接受,爱因斯坦甚至亲自去哈勃工作的地方观看宇宙红移现象,并声称宇宙常数是自己“一生中最大的错误”。

太空中是暗的有几种原因:

首先来说宇宙是膨胀的并且在加速膨胀,距离我们越远的星系远离的速度就将越快,宇宙的膨胀速度是超光速的,有些光线将永远都到达不了地球;

银河系中含有数千亿颗恒星,而类似于银河系的星系至少有数万亿个,这意味着宇宙中含有大量的恒星。但是宇宙尺度又是非常大的,目前可观测宇宙直径930亿光年,不可观测宇宙直径至少23万亿光年,距离我们过远的恒星发出的光最终到达地球之上已经不是可见光了,举个简单的例子一盏灯可以轻松使一个小黑屋变得明亮,但是放在一个大广场上就难以点亮整个广场;

人类的眼睛只能看到固定波段的电磁波,如果人类的眼睛可以看到全波段,那么感官上应该会非常不一样,即使黑夜中也能看到其他波段的光“亮如白昼”,不能怪夜太黑只怪人眼太“瞎”。

文/科学黑洞,图片来源网络钱

1.宇宙大爆炸初期,宇宙经历了暴涨阶段,暴涨的速度甚至超过了光速.所以,暴涨后的宇宙远处没有恒星的光可以到达,因为恒星的光赶不上宇宙的暴涨.所以,在宇宙远处,是漆黑的.

2.宇宙的密度不是均匀的,既然不是均匀的,就必然出现有的地方有恒星,而有的地方没有恒星.在星系与星系之间,存在着天文学上称的"巨洞",一般情况下,我们的视线是终结在一个恒星上的.但是由于在"巨洞"这个范围没有天体存在,所以我们等于直接跨越星系群看到宇宙的背景,既暴涨后的宇宙远处.所以就看到了黑暗.


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