
有时,最简单的问题和答案会引起深刻的见解。 在发送到本节的问题中,有许多奇妙而有趣的问题,但是本周,当读者
问及深空的深渊时,很荣幸获得答案:
我们晚上看到的宇宙会变黑吗,因为一个人看不见得很远?
换句话说,为什么夜空如此黑暗而无光?

如果您考虑一下,这毫无意义。 确实,我们的气氛是透明的,当太阳位于我们世界的另一端时,它使我们可以观察太空的深处。 由于我们位于银河系中,因此只有一部分宇宙被银河气体和尘埃所掩盖,从而阻挡了银河系中央部分的光线。 但是,如果我们生活在一个真正无限的宇宙中,那么从任何角度看足够远的距离,我们肯定会偶然发现一个亮点。

当然,我们可以研究最深的太空深度,在这里您既看不到恒星,星系,肉眼也看不见,也无法通过普通望远镜看到-我们可以将望远镜强行推向它们。 哈勃要花数小时和数天来研究这些问题。 之后,我们发现宇宙实际上充满了恒星和星系。 成千上万亿年的光穿过宇宙到达我们的设备。 从如此遥远的距离收集足够的光子可能要花费一些时间,但是由于宇宙的可观测部分至少包含了1,700亿个星系,因此人们可能想知道它们的数目是否无限大。

原则上,这是可能的,但我们可见的数量不能仅仅是无限的。 在19世纪,
海因里希·威廉·奥尔伯斯 (
Heinrich Wilhelm Olbers)意识到,如果宇宙确实是无限的,并且有无数的恒星,那么无论您走到哪里,迟早的视线都会绊倒在恒星的表面上。 您不会像我们看到的那样看到星系,因为它们主要由空虚组成。 您会看到所有这些恒星,以及它们后面星系中的所有恒星,再加上更远的恒星,等等。 直线走上数十亿,万亿,四千万亿光年-迟早您会碰上一颗星星。

简单的数学:如果您以一个有限的非零密度的物质占据一个无限的空间,那么从任何方向看任何地方,您迟早会在有限的距离上偶然发现这种物质。 如果宇宙中充满了恒星,尽管很少,但是无尽地又以相同的密度,那么无论您在哪里看,都会遇到恒星。 为避免这种情况,将所有物品都倾倒在吸收光的灰尘上将不会起作用。

数学定理指出,来自各个方向的星光迟早会到达您的位置,适用于空间的所有部分,包括灰尘。 随着时间的流逝,这些灰尘会变热,因此也开始发光。 如果这是我们的宇宙-静止的,无限的,具有无限发光的星星-夜空将永远是明亮的。

是什么拯救了我们? 如果您愿意-信不信由你-那就是大爆炸! 宇宙不会永远存在,因此我们只能看到距离我们有限距离的恒星和星系,并从中接收有限的光和能量,这一事实说明了为何夜空中没有大量恒星。 当然,在整个宇宙中散布着足够多的光。 但是,我们所看到的数量当然受到光速和不断扩展的宇宙物理特性的限制。 宇宙很可能更大,我们的眼睛之外还有更多的恒星和星系,但它们无法照亮我们的天空,因为自大爆炸以来没有足够的时间让它们的光到达我们。 宇宙可能是无限的,但我们只能看到光已行进了138亿年-自大爆炸以来已经过去的时间。

您可以争论,“等一下,”大爆炸说过去,宇宙更热更密,所以今天我们必须看到这个状态在各个方向上的所有辐射!” 就是这样,在第一批恒星和星系出现之前; 138亿年前,宇宙是如此热,以至于其中不可能出现中性原子。 当中性原子形成时,光可以自由地沿直线传播,今天,它应该不断地从各个方向到达我们的眼睛。
大约1%的电视静态内容是CMB每次打开第三个频道上的旧模拟电视时,我们实际上都会看到并接受这种光。 您看到的“雪”来自各种来源,包括人类广播,太阳,黑洞以及各种其他天体物理学现象。 但其中约有1%来自大爆炸的残留辉光:来自残留辐射。 如果我们查看频谱的微波和无线电波部分而不是可见部分,我们将看到夜空具有近似相同的亮度,而没有暗区。

这是两个事实的结合:
1.宇宙存在有限的时间,
2.我们只能在光谱的可见部分看到光,
使夜空漆黑。 我们在夜空中看到的正是我们所看到的唯一原因,是因为太阳的光在数千开尔文的图上,所以我们看到了所有这些:恒星,星系和反射太阳光的物体。 如果我们能在光谱区域中看到开尔文的几个单位,那么整个夜空对我们来说将是明亮的。 从某种意义上说,正是我们感官的局限促使我们研究了宇宙!