夜空為什麼是黑的?
答:
這個問題比較顯然的答案是:白天的時候,陽光經過大氣層散射,然後進入我們的眼睛,因此白天很亮。晚上的時候,由於地球的自轉,我們處於地球的背面,太陽照射不到,因此夜空是黑的。
但是其實要真正解決這個問題並沒有那麼簡單。我們處於廣袤的宇宙之中,宇宙中有無數像太陽一樣的發光體,假如將地球接收到的來自無限大宇宙的所有發光體的光子累計,透過積分計算,不難發現結果是趨於無窮的,也就是說地球上以及宇宙其他任意星球上本應該是永遠亮著的。這個問題就是奧伯斯佯謬。
但事實顯然不是這樣的,問題的關鍵是宇宙的膨脹。由於宇宙的膨脹,整個宇宙的發光體密度實際上在降低,而且部分發光體在遠離我們,這會導致光波的紅移,即光子的能量降低。另一方面,根據宇宙膨脹理論,宇宙存在一個初始點,距今約137億年,這就意味著我們只能看到距離我們137億光年以內的發光體,宇宙深處的光子來不及傳播到地球上。因此,地球接收到的光子實際上是來自於離地球比較近的一部分宇宙空間,且能量在不斷降低,這些能量有限,數目也有限的光子確實不足以照亮地球,實際上宇宙存在微波背景輻射,也正是來源於這些能量不高的光子,微波背景輻射的波長在釐米級,已經超出了人眼的感知範圍,因此我們看到的夜空是黑的。
參考資料:
夜空為什麼是黑色的?| 天問專欄
by 有衡