为什么说这是一道奇异的光（为什么夜晚的天空是昏暗的）

为什么夜晚的天空是昏暗的？毕竟，假如宇宙里充满了数十亿个星系，每个星系又汇聚数十亿个恒星，而这些恒星已经发出光子达数十亿年之久，那宇宙岂不是早就充满了光子？德国天文学家奥伯斯（Wilhelm Olbers）在1820年代曾经仔细思索这个问题，后人称这个问题为「奧伯斯佯谬」。在那之前的几个世纪，天文学家与哲学家非常纳闷夜空为何是昏暗的，以及昏暗代表的宇宙本质。事实证明，这些学者确实触及了某些深奥的道理。

银河背后，就是漆黑的夜空。

奥伯斯佯谬（又称夜黑佯谬或光度佯谬）是由德国天文学家奥伯斯于1823年提出，于1826年修订，指若宇宙是稳恒态而且无限的，则晚上应该是光亮而不是黑暗的。在此之前，类似的想法已由开普勒于1610年提出，后来于18世纪爱德蒙·哈雷及夏西亚科斯（Jean-Philippe de Cheseaux）的作品中逐渐成熟。黑暗的夜晚印证了宇宙并非穏恒态的，是大爆炸理论的证据之一。

假设

假如宇宙是穏恒态而无限，而且有无数平均分布的发光星体，则无论望向天上哪一位置都应该见到一粒星体的表面，星与星之间便不应有黑暗的位置，黑夜时整个天都会是光亮的。

更确切的表述是，如果宇宙是稳恒，无限大，时空平直的，其中均匀分布着同样的发光体，由于发光体的照度与距离的平方成反比，而一定距离上球壳内的发光体数目和距离的平方成正比，这样就使得距地球距离──全部发光体的照度的积分不收敛，黑夜的天空应当是无限亮的。

奥伯斯佯谬的示意图

解释

被接受的解释

两种作用能对奥伯斯佯谬给予解释：宇宙的年龄是有限的和红移，而后者是最重要的效应。（即使在稳态宇宙理论的模型中，也推论出宇宙是无限老和空间是无边际的，但夜空依然是黑暗的。）

宇宙的年龄是有限的

这个解释指出有限速度的光要游遍宇宙的空间本身就是矛盾的，当我们遥望远处的空间，其实就是在回顾历史。最后，我们仍只能观察到有限年龄的宇宙。

有趣的是，作出相同解释的还有诗人爱伦·坡在1848年的散文诗《我得之矣》，诗中他写道：

• “星星是连续不尽的，然后背景的天空将呈现一致的光亮，就像银河所显示的——因为不会有绝对的点，在那所有的背景中，星星将不复存在。因此，在那些，在这样的事态下，唯一的模式，我们可以体会到我们的望远镜在无数的方向上发现空隙，将假设无形的背景，因为距离的遥远，光芒从未能到达我们。”[1]

红移

以有限的宇宙年龄所提供的星光来照耀天空时，导出了另一个问题：为什么看不见任何一点大爆炸的贡献？这原因是大爆炸本身的辐射因为宇宙膨胀的缘故，已经红移到微波的波长，成为宇宙的微波背景辐射。宇宙的膨胀也限制了可观测宇宙的大小，这意味着在此之外的光线到不了我们所在之处，这在光学效应下创造了有限的宇宙。（参考有限年龄的论据。）

其它解释

也有人提出另一种解释（奥伯斯本人就曾这样解释），指宇宙并非透明，远处星光会被宇宙间黑暗的星体，尘埃和气体阻隔，令极远处的光线只可以传播一段有限的距离而不能到达地球。然而这并不能解决问题，因为根据热力学第一定律，能量必定守恒，故此中间的阻隔物会变热而开始放出辐射，结果导致天上有均匀的辐射，温度应当等于发光体表面的温度，也即天空和星体一样亮，然而事实上没有观察到这种现象。

开普勒认为奥伯斯佯谬论证说明宇宙是有限的，或最少是只有有限数量的星体。

分形学权威本华·曼德博提出了另一种不需基于大爆炸理论的解释。他指出若星体是以分形方式在宇宙间分布（例如类似康特尘埃），不用大爆炸理论也能解释奥伯斯佯谬。但他的理论是用于展示分形理论多于解释夜黑问题，从天文学观测亦没有证据显示星体以分形模式分布。

资料来源

1. Books Edgar Allan Poe Eureka--A Prose Poem

相关条目

• 红移

• 大爆炸理论

• 宇宙微波背景辐射

参考网站

• 有关奥伯斯佯谬的相对论答问

• 有关奥伯斯佯谬的天文学答问

• 有关奥伯斯佯谬的宇宙学答问

• Paul Wesson, "Olbers' paradox and the spectral intensity of the extragalactic background light", The Astrophysical Journal 367, pp. 399-406 (1991).

• Edward Harrison, Darkness at Night: A Riddle of the Universe, Harvard University Press, 1987

• Scott, Douglas, and Martin White, "The Cosmic Microwave Background".

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