摘要：夜晚的天空为什么是黑暗的？“因为没有光线，太阳的光线被月球挡住了，所以就是黑的嘛。”很多人就会这样想。但是仔细想一想，我们的宇宙可以看成是无限大的，并且均匀地分布着无数类似于太阳的恒星，他们都在发光，所以无论从哪一个方向看，观测者的视线总会遇上一颗恒星。不管是白天还是夜晚，天空应该始终都是明亮的，但这又与事实相反，这是为什么呢？这就是所谓的奥伯斯佯谬。本文就是解释发生这个错误的原因。
关键字：奥伯斯佯谬，夜空，黑暗。

　　一：问题的提出

　　奥伯斯佯谬

　　假设 ：

　　假如宇宙是稳恒态而无限，而且有无数平均分布的发光星体，则无论望向

　　哪一位置都应该见到一粒星体的表面，星与星之间便不应有黑暗的位置，黑夜时整个天都会是光亮的。
更确切的表述是，如果宇宙是稳恒，无限大，时空平直，其中均匀分布着同样的发光体，由于发光体的照度与距离的平方成反比，而一定距离上球壳内的发光体数目和距离的平方成正比，这样就使得对全部发光体的照度的积分不收敛，黑夜的天空应当是无限的亮的。

　　这一点可以用一个简单的几何论证说明（如上图1）：进入人眼的一束细长的锥形光线。虽然恒星表面的亮度与距离成反比，但锥体的截面积（或恒星的数目）随距离平方而增加。所以说对于锥体内的光与它从什么地方发出没有关系，也就是说人眼观察到的亮度与距离无关。因此整个天空就要亮得像太阳一样，实际上夜空却是黑的，这显然这与我们的日常经验是矛盾的，这就是所谓的奥伯斯佯谬。

　　二：问题的解决

　　这曾经是一个困惑了科学家几世纪（也许更久）的难解之谜。1823年，奥伯斯认为遥远的恒星的光被恒星之间的稀薄物质云所吸收。

　　也有人提出另一种解释（奥伯斯本人就曾这样解释），指宇宙并非透明，远处星光会被宇宙间黑暗的星体，尘埃和气体阻隔，令极远处的光线只可以传播一段有限的距离而不能到达地球。然而这并不能解决问题，因为根据热力学第一定律，能量必定守恒，故此中间的阻隔物会变热而开始放出辐射，结果导致天上有均匀的辐射，温度应当等于发光体表面的温度，也即天空和星体一样亮，然而事实上没有观察到这种现象。

　　但这个迷仅当我们认为宇宙是永恒而且不变的前提下才会是一道难题，而在1920年之前，人们对宇宙的认识正是如此。

　　这个难题基于三个假设，(1)宇宙是无穷大的；(2)宇宙是永恒而且不变的；(3)宇宙中以一定密度均匀地充满了星系或恒星（发光体）。在这样的假设下，无论我们向哪个方向看，我们都会看到相同数目的恒星，考虑到宇宙是无限大的，我们看到恒星的数目就是无限多的，每一个恒星都会有一束光线照射过来，因此我们将在各个方向看到无穷耀眼的光芒。显然，三条基本假设中至少有一条是错误的。

　　1.19世纪天文学家普遍认为可观测宇宙必须是静态、无限的和均匀的。爱因斯坦在1917年发表了题为《根据广义相对论的宇宙学考察》的论文，他将广义相对论的引力场方程用于整个宇宙并试图求得一个解。爱因斯坦所得到的是一个有限无边的静态宇宙模型。

　　但是，随着河外星系退行（谱线红移）的发现，爱因斯坦的静态宇宙模型很快被否定了，所以宇宙不是永恒不变的。

　　2.我们仍然不能肯定宇宙是否是无穷大；宇宙大概真的像我们观察到的那样充满了星系；但我们确实知道它并非是永恒不变的。我们所知的宇宙产生于150亿年前的大爆炸。由于光速是有限的，在一个年龄是150亿岁的宇宙中，我们只能观察到最远150亿光年处的星系。即便宇宙是无穷大的，因为光速有限，远处的星光最远亦只能传送至以其年龄为光年量度的有限距离，故此我们仍未能看见这些极远处的星光，发出的光也无法达到地球。根据德谢梭的计算，宇宙至少要有1千万亿岁并且有1千万亿光年大小，才能在夜晚达到一颗恒星的亮度。但这是我们所在宇宙年龄的10万倍。因此只要宇宙诞生于离我们现在足够近的过去某个确定时刻，就不会有夜晚黑色天空之谜。

　　3.大爆炸后的光线强得不可思议，而且向每一方传播，以上解释未能完全解决夜黑的问题。然而在广义相对论之下，大爆炸产生的光线被大幅红移而成为低能量的宇宙微波背景辐射，故此对奥伯斯佯谬的真正解释，是一切远处的星光都被红移，而并非直接基于有限的宇宙年龄 (虽然在很多理论中红移和宇宙年龄都有关系)。个人认为，宇宙的能量还是不够大，就象我们用蜡烛想把一个屋子烤热，理论上用足够的时间就可以，但是蜡烛的时间是没有那么长的。所以宇宙是光亮的是不可能的。

本网通讯员：汪平生

编 辑：晓岚