夜空为什么是黑色的？世纪难题

夜晚的天空为什么是黑的？听上去好傻的问题，但是当深究时才发现这个问题并不简单，用了几个世纪才解决这个问题。

夜空为什么是黑色的

• 疑问
  • 假设你站在一个坐落于平原的无穷大城市中，城市里到处都是各种各样的高楼，那么是不是你无论从那个方向望出去，看到的都是一栋栋楼房，不可能看到城市外的风景，
  • 基于上面的说法，将无穷大城市换成宇宙，楼房等价于恒星，这样类推的话我们目光所及的任何位置都应该有恒星的存在（就算单一恒星光线比较弱，但无穷多恒星光线叠加也应该很明亮啊），因此宇宙中任何一点向四周望去都不应该有黑暗区域的存在
    • 明显与实际不符合啊，还可以将这个光线等价于引力，按照这个说法的话，我们应该遭受到宇宙无穷多引力的叠加，应该被引力给扯碎掉，但并没有
• 资料查找
  • 十七世纪 开普勒
    • 宇宙是有限的
  • 十八世纪 哈雷
    • 宇宙是无限大的，但遥远星系的光芒太暗，我们看不到
  • 十八世纪 德谢梭
    • 几何学证明：宇宙直径达到一千万亿光年的话，我们就能得到一个白昼一样的夜晚（近的星星少，明亮；远的星星暗，但数量极其极其庞大）
  • 十九世纪 奥伯斯
    • 数学证明：如果宇宙是无穷大，并且静态永恒，则无论任何时间天空都是无穷亮
    • 奥博斯之谜；明显与事实不符，最终奥博斯给出解释：太空中可能充满了星际尘埃，遮挡了遥远的光线
  • 现代宇宙学
    • 宇宙空间
      • 无法探究是否有限，就算有限在我们的统计中可以等价于无限
    • 宇宙时间有边界
      • 有限的，起源于宇宙大爆炸（137亿年）
    • 宇宙速度有极限（光速）
    • 因此，即使宇宙是无限的，但对于我们来是有限的（137亿光年）；在此距离之外即使有星系或者别的存在，我们也无法感知，因为哪里的光线或者信息来不及走完这段旅程（光速有限，我们看到的是过去。通过不同距离的观察，我们能看到不同时期宇宙的样子，看的越远越接近宇宙最初的样子，甚至能看到宇宙大爆炸的光辉）
  • 多普勒效应
    • 多普勒发现火车由远至近时，汽笛声音越来越响，音调也越来越尖锐；但火车由近至远时，汽笛声音越来越弱，但音调却越来越低
      • 结论：震源与观察者存在相对运动，
    • 例子： 你和火车之间根弹簧，火车靠近你时，弹簧每圈的间距越来越小，远离你时，间距越来越大
    • 光具有波粒二象性，等效成汽笛声波，当星系离我们越来越远时（宇宙在膨胀），这个波会越拉越长变成红外线，超出我们肉眼的观测范围
• 结论
  • 一
    • 宇宙时间有起点，因此可观测范围有限，超越137亿光年将永远不可观测
  • 二
    • 因为宇宙在膨胀，其他遥远星系的光线到达地球时，光线别拉长变成了红外线，肉眼无法观测
  • 总的来说就是：因为宇宙起源于宇宙大爆炸
  • 问题：难道引力也是这样？引力也是波？
    • 引力波
• 夜晚没有太阳，所以是黑色？
• 举个例子：有一个星系X距离我们100亿光年，那么他今天可能距离我们150亿光年（宇宙在膨胀），这就说明这个星系永远无法探查，因为我们的宇宙才137亿年，不可能看到137亿光年之外的事物（除非超越光速，否则永远被锁死在137亿光年的范围）
• 尘埃云吸收了光线，迟早饱和，会和恒星一样亮