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本文参加百家号科学#了不起的天文航天#系列征文
“通过否定科学原理，人们可以维持任何悖论。”——伽利略
在我们还没有掌握某些科学理论的时候，有些很简单现象就足以困扰一代人，例如：奥伯斯悖论提到：晚上的天空为什么是黑暗的？这个问题你可能觉得科学家有点没事找事，晚上不暗难道白天暗啊！但是就这个问题自1823年提出以来困扰了无数的天文学家，甚至牵扯到了宇宙起源的问题！下面我们就了解下，夜晚的黑暗是怎么印证大爆炸模型的？
夜晚为什么是黑暗的
日出而作日落而息，白天和黑夜的交替是我们最常见的自然现象！太阳每次只能照亮地球的一半，这似乎是这个世界上最简单、最自然的事情。
地球绕轴自转，绕日公转，周而复始！我们一天中大约有一半的时间沐浴在母恒星灿烂、温暖的阳光中。而另一半时间则在黑暗的夜晚度过，在夜晚我们能看到的只有遥远的恒星、星系和模糊的星云，当然还有太阳光的搬运工，可爱的月亮，它为我们的夜晚提供了主要的光亮！
以上描述的事情，都是铁一般的事实，我们从一出生看到的就是明亮的白天、黑暗的夜晚。平常人很难去质疑这些理所应当的事情！那么你是否曾经思考过，夜晚为什么是黑暗的？也许根本没有任何理由让夜空变暗！请看以下假设：
19世纪初，海因里希·奥伯斯（Heinrich Olbers）首先指出了这一点，并且提出了以下论点：他认为夜空应该和白天一样明亮！
宇宙非常非常大，到处都是星星。无论你朝天空的哪个方向看，你都会遇到一颗恒星。想象一下，夜空所有的位置都被恒星填满了，我们视线最终都会停留在一颗恒星的表面，那么为什么夜空是黑暗的，而不是到处都被照亮？这就是众所周知的奥伯斯悖论，下面有一个美丽，但又与事实不否的例子。
如上图所示，只要宇宙的范围够大，恒星够多，恒星的光最终会填满天空中所有黑暗的地方，无论你朝哪个方向看，无论看的多么细，都会有一个来自遥远恒星的光子落在你的眼睛上。整个天空背景都应该是明亮的，和白天一样！这个理论看似完美自洽，但是却与事实相悖，一定是理论哪里出了问题，所以一波猜测、解释随之而来！
尘埃阻挡光线？
最直接的反对意见来自于观察我们自己的银河系。
我们知道银河系充满了数千亿颗恒星。但是在最黑暗的夜晚，没有光污染、没有云层、没有月亮的情况下，人类最完美的视觉也只能看到成千上万颗恒星，还有横跨整个天空的银河。这时人们就注意到银河中有一条巨大的黑暗带挡住了绝大多数的恒星，黑暗带是由中性气体、宇宙尘埃组成的，这些中性原子能够吸收绝大多数的可见光！
当时的天文学家推断，如果有足够多的宇宙尘埃和气体云，它们就能阻挡来自遥远恒星的的光线，使夜空看起来是黑暗的。
这个论点简单、直接，只要有东西能挡住光线就行，但是有一些明显是错误的。
奥伯斯悖论之所以在当时能构成一个合理的悖论，主要是因为以下的原因。
如果地球离太阳的距离是现在的两倍，那么太阳会变暗多少呢？答案是当前亮度的四分之一。如果距离是原来的三倍呢？亮度将是原来的九分之一。换句话说，亮度随着距离的平方在减小，对单颗恒星确实是这样的！
那如果天空中有无数颗恒星，它们的总亮度随着距离的变化是怎样的？如上图所示，当你离开中心越来越远的时候，单颗恒星的亮度是在下降，但是你和中心之间的空间会越来越大，当然也会看到更多的恒星。那么这个空间的范围是怎样变化的呢？与距离(R)的平方成正比。
所以，从数学上讲，距离只要足够大，空间就足够大，恒星也足够多，就会产生一个有限，但亮度不会减少的夜空。这也意味着，如果考虑任意大的距离，就会产生任意大的总通量。随着时间的推移，根据能量守恒定律，任何挡在路上的尘埃都会升温，直到中性的尘埃气体云也开始发光发亮。我们还会得到一个像下图这样的夜晚！
然而，不管你的理论有多么完备，但事实上夜空很明显是黑暗的！所以奥伯斯悖论中肯定有缺陷，相信爱科学的你，已经发现了一些问题，因为我上文中不停的在强调一个词：无限大！我知道你肯定也早想反驳我了，先别着急！
我们先看一个事实，奥伯斯悖论第一次出现的时候是在1823年，比我们现在所知的大爆炸模型早了整整122年。你说这122年中有谁能驳倒这个悖论？只有当大爆炸模型建立以后这个悖论自然就不攻自破！
大爆炸模型可以很轻松的解决以上的问题
我们有关于大爆炸理论的压倒性证据，告诉我们很多关于宇宙的真理，其中这些证据也与奥伯斯悖论中隐含的假设相矛盾。
首先，奥伯斯假设宇宙的规模、大小是无限的。奥伯斯悖论只有取空间、时间和恒星的数量无限大的时候才会起作用，并且要相信宇宙是无限的！
根据现在的宇宙模型，我们的宇宙确实很大，很大，也有可能是无限大，远远超出了我们的认知范围。但是宇宙的年龄绝对是有限的，大约有138亿年。这就限制了宇宙中可观测部分的大小：半径约为460亿光年。
这就是解决奥博斯悖论的第一个方法：宇宙虽然有可能是无限大的，但为我们提供光源的部分并不是无限的，所以从各个方向传播进我们视野的光，其总量也不是无限的！下图中我们通过观察遥远宇宙的可见光，获得的情况确实有点惊人，哈勃深场中天空中的一小部分就包含了大约10000个星系，确实很多，但绝不是无限的！
标准模型解释这个悖论简直游刃有余，还有很多证据。我们现在就假设可观测的宇宙是无限的，但是其中的恒星也不会永生不死。（估计奥伯斯也不一定知道恒星会死亡）恒星的质量、大小和颜色各异，但它们都有一个共同点：依靠核聚变发光发热，燃料都是有限的。
但还有一个原因导致了我们的夜空是黑暗的，就是我们自己视力的原因！
对于我们日常生活来说，我们的眼睛已经很棒了，因为有太阳给我们提供大量的可见光，我们不需要看见其他波段的光。但是可见光确实是电磁波谱中很小很小的一部分！
大爆炸开始于一个炽热、稠密的状态，所遗留下来的辐射实际上照亮了夜空中的每一个地方！但是辐射在138亿年的旅途中，由于宇宙的膨胀，能量已经大幅衰减，目前温度大约为2.725开尔文，这个温度真的太冷了，我们根本看不见。
如果你眼睛能看见的话下图就是宇宙微波背景！
总结：那么夜空变暗的原因是什么呢？黑暗的夜空也印证了大爆炸模型
可观测宇宙的大小、年龄和恒星数量都是有限的。存在的恒星不会永远存在我们不能看到宇宙中所有不同波长的辐射；宇宙对我们的眼睛来说是黑暗的所以奥伯斯悖论在当时无法解释的主要原因是，人们所持有的宇宙模型不一样，认为宇宙不论是从年龄、空间上都是无限的，而且宇宙空间的大小也是恒定不变的，这就是稳恒态宇宙模型！
相反夜空的黑暗也印证了宇宙的大爆炸模型，宇宙有年龄，宇宙在膨胀，可观测宇宙并不是无限大！这就是为什么黑暗的夜空告诉了我们宇宙起源的故事！
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