為什麼夜空是暗的?(Olbers’ Paradox)

為什麼星光不會填滿夜空中的每一個角落?- 要問出這個問題,比回答這個問題難!

Milky_Way_Night_Sky_Black_Rock_Desert_Nevada
Milky_Way_Night_Sky_Black_Rock_Desert_Nevada(Wikipedia)

圖片來源:維基百科(https://en.wikipedia.org/wiki/File:Milky_Way_Night_Sky_Black_Rock_Desert_Nevada.jpg)

假設獵人拿一把弓往森林中射出一箭,假設森林夠大,而且箭矢的勁力夠強,那麼箭矢必然會射中一棵樹。如果把天空比喻為森林,閃耀的恆星就是林中的樹木,而我的目光則是射向森林中的箭矢,那麼只要宇宙夠大,我看向夜空中任一個角落的目光,就應該都有一顆恆星在那裡閃耀著才對。但是為什麼,夜空還是暗的呢?

十七世紀的天文學家克卜勒說:「因為宇宙大小有限。」
所以宇宙中的恆星數量不足以覆蓋滿整個夜空,而我們所看見的「黑夜」,則是宇宙「外面」的幽暗空間。如果只以銀河系就擁有兩千億顆左右的恆星,再乘上宇宙中星系的數量,因此即使宇宙大小有限,恆星的數量應該也足夠「填滿」整個天空。

十八世紀的天文學家哈雷說:「因為較遠的恆星星光比較黯淡。」
所以太遠的恆星就看不見,天空就變暗了。星光的亮度會因為距離地球越遠而變得黯淡,但相對的,距離地球越遠,空間範圍也越大,理論上就會有更多的恆星,上述兩者均是與距離平方相關,也就是說較多的恆星數量正好可以彌補較黯淡的恆星亮度。如此一來,天空還是應該有滿滿的星光。

十九世紀的天文學家奧伯斯說:「因為地球與恆星間有塵埃和氣體的阻隔。」
所以擋住了部分恆星的光線,使得夜空變暗。不管阻隔地球與其他恆星間的物質是什麼,這些物質在吸收了恆星的光線(能量)之後,溫度會上升,於是這些物質也會同樣開始發光。也就是說,這些阻擋了恆星光線的物質,最後也會發光,彌補他所阻擋住的恆星光線。如此一來,天空應該仍舊是滿天星光。

以上的內容,主要摘錄自「悖論*」這本書的第三章–奧伯斯悖論。寫到這裡,作者開始描述宇宙膨脹的發現經過與現象。所以關於這個悖論的「答案」,或許可以用下面的解釋來做個回答。

宇宙太大了、而且還在變大。
由於光的速度有限,若是以目前所估計的宇宙年齡137億年來說,只要距離我們超過137億光年遠的恆星,即使他們的星光是從宇宙誕生就開始發射,也是到今天都還沒抵達地球。既然看不到這些恆星,夜空也就是暗的了。更何況,宇宙還在持續「膨脹」之中,那些與我們距離遙遠的星體,因為宇宙膨脹而遠離我們的速度可又更快。這個理由,算不算是一個回答呢?

十九世紀美國詩人愛倫坡說:「因為宇宙深不可測,所以那些光線還未能抵達我們這裡。**」
這大概是我覺得本篇最精彩絕倫之處了吧(不過後來我發現維基百科也有寫到這一段)!雖然這位詩人對很多自然定律的「想像」不盡然合理,但是他的想像力豐富卻是無法否認的。最終,愛倫坡的想法在1901年被偉大的科學家凱文爵士(Lord Kelvin)給計算驗證出來,算是為這個問題提供了最後的解答。

看完這篇文章,讓我思考最久的並不是「解答」,而是「問題」。為什麼夜空應該是亮的?這讓我想了很久才理解。我覺得,當初會問這個問題的人,才是我真正佩服的。至少,我到現在還問不出這種問題!

相關資料:
*悖論/破解科學史上最複雜的9大謎團 – Jim Al-Khalili著/戴凡惟譯 (2013三采文化出版)

Paradox
Paradox

http://www.books.com.tw/exep/prod/booksfile.php?item=0010581200

**Were the succession of stars endless, then the background of the sky would present us a uniform luminosity, like that displayed by the Galaxy – since there could be absolutely no point, in all that background, at which would not exist a star. The only mode, therefore, in which, under such a state of affairs, we could comprehend the voids which our telescopes find in innumerable directions, would be by supposing the distance of the invisible background so immense that no ray from it has yet been able to reach us at all.
Eureka – A Prose Poem by Edgar Allan Poe (1848)

維基百科(Olbers’ paradox)http://en.wikipedia.org/wiki/Olbers%27_paradox
Eureka – A Prose Poem http://books.eserver.org/poetry/poe/eureka.html

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