為什么數(shù)以億計的星星，卻無法照亮整個宇宙？

這個古老的問題被稱為“奧伯斯佯謬”。圖片來源：Graham Holtshausen on Unsplash

宇宙滿載星辰，天空卻為何仍是黑暗？這個問題困擾了人類許久，它也有一個特殊的名字：奧伯斯佯謬（Olbers' paradox）。

據(jù)天文學家估計，在可觀測的宇宙中大約存在2000萬億億（2×10^23）顆恒星，其中許多恒星和我們的太陽一樣明亮，甚至更亮。那么，為什么太空中并沒有滿是耀眼的恒星光呢？

你可能會猜，這是因為宇宙中的許多恒星都距離地球非常遙遠。當然，一顆恒星離地球越遠，它看起來就越不明亮，距離遠上10倍的恒星看起來要暗淡100倍。但事實證明，這并不是答案的全部。

想象一個氣泡

假設宇宙已經(jīng)非常古老，即使是最遠的恒星發(fā)出的光也有足夠的時間到達地球，在這種假想情況下，宇宙中的所有恒星都不會移動。

在腦海里想象出一個以地球為中心的大氣泡，如果這個氣泡的直徑約為10光年，那么它將包含十幾顆恒星。當然，在幾光年遠的地方，從地球上看，其中許多恒星都會顯得非常暗淡。

如果繼續(xù)將這個氣泡的直徑放大到1000光年，再放大到100萬光年，然后再放大到10億光年，那么氣泡中最遠的恒星看起來會更加暗淡。但是，在這個越來越大的氣泡里，也會有越來越多的恒星，它們都在發(fā)光，盡管最遠的恒星看起來越來越暗，但它們的數(shù)量也會更多，整個夜空看起來應該會非常明亮。

繞了一圈似乎又回到了起點，但實際上我們離答案更近了一些。

年齡問題

在這個氣泡假想中，我們假設了恒星不會移動，并且宇宙非常古老。但是，宇宙只有大約130億年的歷史。

詹姆斯·韋布空間望遠鏡（James Webb Space Telescope）拍攝的名為WHL0137-08的巨大星系團，其中包含了宇宙最初十億年中已知放大倍數(shù)最大的星系黎明之?。⊿unrise Arc），以及在該星系中探測到的最遙遠的恒星“埃蘭迪爾”（Earendel）。埃蘭迪爾的光經(jīng)歷了129億年才抵達地球，這意味著它在宇宙形成最初的10億年內(nèi)就發(fā)出了光芒。圖片來源：NASA, ESA, CSA, D. Coe (STScI/AURA for ESA; Johns Hopkins University), B. Welch (NASA's Goddard Space Flight Center; University of Maryland, College Park)圖像處理：Z. Levay

盡管從人類的角度來看，這是一個非常漫長的時間，但從天文學的角度來看，這個時間還很短，短到距離我們130億光年以上的恒星發(fā)出的光還沒有真正到達地球。因此，地球周圍包含我們能看到的所有恒星的實際氣泡，只延伸到距離地球大約130億光年的地方。

氣泡中的恒星數(shù)量并不足以填滿每一條視線。當然，如果你向天空的某些方向看去，就能看到星星；而如果觀察天空的其他一些部分，就看不到任何星星。這是因為，在那些黑暗的地方，可能會出現(xiàn)在你視線上的恒星距離你太遙遠了，它們的光線還沒有到達地球。隨著時間的流逝，這些越來越遠的恒星發(fā)出的光將有足夠的時間抵達我們這里。

多普勒頻移

你可能又會問，夜空是否會在最終完全亮起來呢？但這又回到了一開始我們假設的另一件事：所有的恒星都沒有移動。但實際上宇宙在不斷膨脹，最遙遠的星系幾乎在以光速遠離地球。

由于星系移動的速度非?？?，恒星發(fā)出的光變成了人眼無法看到的顏色，這種效應被稱為多普勒頻移（Doppler shift）。因此，即使這些光有足夠的時間抵達你身邊，你的眼睛仍然無法看到來自最遙遠恒星的光，夜空也不會被完全照亮。

多普勒頻移，又稱紅移（redshift），是指從遠離觀察者的物體發(fā)出的光更偏向光譜的紅端，即波長變長、頻率降低。

如果等待的時間更長，恒星最終會全部燃盡，像太陽這樣的恒星只能維持大約100億年。天文學家假設，在遙遠的未來，也就是1000萬億年之后，宇宙將陷入黑暗，只有白矮星和黑洞等恒星殘骸棲息其中。

NASA愛好者

盡管我們的夜空并沒有完全布滿星星，但我們生活在宇宙生命中一個非常特殊的時期，我們有幸欣賞到絢爛而紛繁的夜空，光明和黑暗并存。