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為何夜空不是明亮的?

6 月 12, 2015 Einstein 天文資料庫, 專題文章 0


不要只看一眼便認定這問題很荒唐,十七世紀以行星軌道定律聞名於世的天文學家開普勒(Johhannes Kepler)已提出過這問題,後來的天文學家如哈雷(Edmond Halley)、奧伯斯(Heinrich W. M. Olbers)等亦問過同樣的問題。更令人奇怪的是,提出這問題的科學家們,都是有充分理由下才講出這驚人的話。換句話說,以當時人類對宇宙的認識,夜空必然要明亮如白晝。這似是而非的陳述,就是著名的奧伯斯佯謬(Olbers’ Paradox)。

讓我們看看是甚麼理據,使得這些比誰都熟悉夜空的天文學家們,堅稱夜空要是明亮的。當時的宇宙觀認為,宇宙是廣闊無限的空間,無數的恒星均勻地散佈在宇宙各處,而且宇宙是自有永有的。雖然恒星之間相距遙遠,但在大如宇宙的尺度上看,恒星的分佈是均勻的。這也意味著,我們晚上往天空任意一個方向望過去,總會看到一顆恒星。這顆恒星可以很接近我們,也可以距離我們很遠很遠,但無論如何,夜空中每個位置都必然存在星星。

這倒沒甚麼壞,一般人應該會同意上面的說法,而且會認為距離遠的星星較暗淡,所以縱然整個夜空都是星星,但遠的星星我們都看不見。事實真的是這樣嗎?科學家們作了簡單的計算:地球與太陽的距離是1AU(Astronomical Unit天文單位),如果我們把太陽放置在2AU的位置上,我們感受到的輻射強度(Intensity)便只有原來的1/4,同時太陽看起來的大小也只有原來的1/4。換句話說,我們只是看到一顆細小的太陽,並沒有看到一顆暗淡的太陽!如果從夜空句個方向看最終也會看到太陽,夜空必然要明亮如白晝!這著名的奧伯斯佯謬,困惑了當時的天文學家。他們沒有想到,錯的不在計算,是他們的宇宙觀出錯了。

今天我們認識的宇宙,與哈雷時代的恒常宇宙觀截然不同。我們依然假定均勻的宇宙,但我們知道宇宙會膨脹,知道宇宙不是恒古自有的,也知道光速是有限的。宇宙現今年齡約為137億歲,所以距離我們137億光年以外的星星,無論如何我們也沒法看見。還有因宇宙膨脹帶來的紅移現象,遙遠的星星發出的光輻射會因紅移而能量下降。這些原因都使我們無法看見明亮的夜空。

想不到我們要用到大爆炸理論才能解決奧伯斯佯謬,這實在令人始料不及。這故事也讓我們看見人類如何建立對世界的認知,人類憑著豐富的想象力,想到了一個人人喊錯卻不知其錯的問題。對當時的人來說,這問題沒甚麼實際意義,解決不解決甚至問題本身也不會影響人們的生活。想不到,從這「荒謬」的問題中人類竟可窺見宇宙的奧秘。

上文曾刊於星匯點2007年9月號會訊中。

資料搜集及編寫:高子翔


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土星月亮有碳氫化合物 2007年9月號會訊及天文相片

Einstein

星匯點委員。

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