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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