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宇宙为什么是黑色的?

已有 6887 次阅读 2010-5-20 00:14 |个人分类:天和之路:一个父亲的育儿日记|系统分类:科普集锦| 宇宙, 光线, 奥伯斯佯谬, 黑色

宇宙为什么是黑色的?

曾纪晴

 

晚餐时,儿子问我:“爸爸,为什么宇宙是黑色的呢?”

 

儿子从两三岁开始就特别喜欢看有关宇宙的图书和视频资料。通过电脑网络,看完了中央电视台的《斗转星移》。他还特别喜欢看“教科文行动”《探索宇宙》的VCD。不仅是关于宇宙的图书,还是各种影视资料,我们看见的宇宙本底都是黑色的。每当夜晚,我们仰望星空时,看见浩瀚的宇宙也是黑色的。只有在偏远的乡村,没有月亮的夜晚,我们才可以看到灿烂的银河。

 

为什么宇宙是黑色的呢?我还没有想过这个问题呢。还好,现在有网络,似乎什么问题都能找到答案。

 

原来这是一个著名的宇宙学问题呢!这个问题早在400年前就由德国天体物理学家开普勒提出来啦。18世纪的时候一个叫夏西亚科斯的人也提出过类似问题。1823年,德国天文学家奥伯斯提出了著名的“奥伯斯佯谬”,认为假如宇宙是恒稳态而且是无限的,那么晚上就应该是光亮而不是黑暗的。也就是说,天上的星星是无限多的,虽然光照强度与距离的平方成反比,但随着距离的增大星星的数量也成倍地增多,抵消掉了光强随距离而减弱的趋势,因此天空应该是光亮的才对。但事实上,夜晚的天空却是黑暗的。目前被接受的解释是:宇宙的年龄是有限的以及红移效应。

 

我想,跟孩子没法讲清楚这些东西。况且,我自己也不觉得天文学家的这些解释就一定完全正确。我给孩子的解释依然遵循距离效应。

 

“宇宙中虽然有许多恒星,但是它们都距离我们太远了。我们可以假设,你拿一个手电筒远远地照向我,当你离开我很远很远的时候,我几乎看不见你的手电筒发出的光亮。那些遥远的星星之所以发出微弱的亮光,就是因为他们离我们地球太远太远啦!离太阳最近的恒星发出的光都要走4年多才能到达地球!光的速度是很快的,一秒钟就能走30万公里,这么快的光都要走4年多,你说远不远?”我试图给儿子深入浅出地解释。

 

“很远啊!”儿子说道。

 

“是啊,那么遥远的星星,它发出的光到达地球的时候就像是萤火虫那么一点亮了。那么,离它更遥远的星星呢?它们发出的光达到地球的时候可能就更加微弱了。离地球最远的星星大约是130亿光年,也就是说光都要走130亿年。那里恒星的光到达地球,我们肉眼根本无法看到。就像你拿个手电筒远远地照射我,我已经几乎看不见任何光亮了,假如有一个人站在你后面,离我更加遥远的地方向我打手电筒,我就完全看不到手电筒的光亮了。假如有很多很多人一个接着一个地站在后面,距离都不断加大,即使他们有无数的人,拿着无数多的手电筒向我照射过来,我同样还是看不见他们手电筒的亮光。这就是为什么尽管天上的星星非常多,我们晚上依然是黑暗的原因。”我觉得我这个解释似乎行得通啊。

 

不过,我不知道儿子是否认同我的解释。只见他若有所思,问道:

 

“爸爸,假如在月亮上建造一个比房子还大的手电筒,需要八千个人才能拿得动,会怎么样?”

 

哈哈,小家伙大约是嫌手电筒太小,不够亮啊,所以我才看不见亮光。其实啊,这不是光亮不够的问题,而是距离实在太遥远的问题。当距离无穷大的时候,即使光再强,最后都将减弱为无穷小。无限多个无穷小加起来如何?能够使得夜空明亮起来吗?

2010-5-19



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