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长期以来,科学家们一直在思考这个问题。1800年,海因里希·奥尔伯斯提出了如果宇宙是无限的,那么其中必定有无数颗恒星的想法。因此,无论向哪个方向看,都应该有一颗星星,夜空应该是明亮的。但为什么天是黑的呢?遥远的星系。

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宇宙太年轻

尽管宇宙中确实有许多光源——恒星和星系——但它们的可见数量受到光速和宇宙膨胀物理学的限制。

宇宙的膨胀。

现代知识告诉我们,宇宙大约在 137 亿年前开始存在,当时宇宙对于我们对空间和时间的正常理解来说太小太密了。这意味着在可见的恒星和星系后面隐藏着更多这样的物体,但由于光速有限,它们发出的光还没有到达我们这里。从天文尺度来看,137亿年并不算长的时间。

宇宙的膨胀

如前所述,宇宙正在膨胀,因此遥远的星系正在远离我们。这是由于红移而引起的,红移是物体远离时发出的光频率的变化。这种现象类似于我们从声音中熟悉的多普勒效应,当接近的汽车的声音变高,而移动的汽车变低时。

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结果,光的波长增加并且向光谱的红端移动。距离越远的物体,距离越远,红移越大,直到光线进入红外区域。然后这个物体就变得看不见了。因此,在天空的黑暗部分中可能存在许多星系,而我们看不到它们的光。

宇宙背景辐射

如果我们将目光投向天空中似乎没有星星的一点,那么我们用肉眼就看不到任何东西。然而,使用特殊的望远镜,我们可以探测到并非来自恒星或星系的辐射,而是大爆炸的残余物。这是宇宙微波背景辐射,从各个方向发出并在恒星之外形成背景。

根据普朗克卫星数据的宇宙微波背景辐射的各向异性

大约 1% 的 CMB 在旧电视屏幕上显示为黑白噪声。如果人眼可以看到微波和无线电波段,我们会注意到夜空几乎完全被这种辐射照亮。

据此,我们可以得出结论,夜空显得黑暗有两个主要原因。第一个是因为宇宙有自己的开始,自大爆炸以来,来自遥远物体的光尚未到达我们。第二个原因是大多数宇宙辐射是人眼看不见的。如果我们能看到这种辐射,夜空对我们来说就会像是一个连续的光源。