全世界最偉大的悖論之一奧爾貝斯悖論講了啥

奧爾貝斯悖論

牛頓知道在任何無限的宇宙中有著更深層次的矛盾，叫做奧爾貝斯 ( Olbers ) 悖論，這個悖論是從夜晚天空的背景為什麼是黑色產生的。早至約翰 尼斯 _ 開普勒 Uohamies Kepler ) 時代的天文學家就認識到：如果宇宙是均勻的 和無限的，那麼不管你向哪看，你都會看到從無數個星星發出的光。凝視夜晚天 空的任一點，我們的視線將最終穿過不計其數的星星，接收到無限數量的光線。 因此，夜晚的天空應該是一片火海！但事實是，夜晚的天空是黑的，不是白的，幾 個世紀以來這成了一個微妙的，但是意義深遠的宇宙矛盾。

這個悖論像本特利（Bentley ) 悖論一樣，看上去簡單，卻使很多代的哲學家 和天文學家苦惱。本特利（Bemley ) 悖論和奧爾貝斯（Olbers ) 悖論都與觀察有 關，在一個無限的宇宙中，重力和光線可以產生無限多個沒有意義的結果。幾個

世紀以來，人們提出了很多不正確的冋答。開普勒（Kepler ) 被這個悖論閑惑得 走投無路，只得推測宇宙是有限的，被一個外殼所包圍，因此只有有限數量的光 線能夠到達我們的眼球。

對這個悖論的回答是如此混亂，以至 1987 年的一項研究表明：70% 的天文 學教科書都給出不正確的回答。

起初，人們說光線被塵雲吸收了，想由此解答奧爾貝斯（Olbers ) 悖論。1823 年海因里希 • 威廉 • 奧爾貝斯（Heinrich Wilhelm Olbers ) 第一次清楚地敘述這個 悖論時，他本人就是這樣回答的。奧爾貝斯（Olbers ) 寫道："地球是多麼幸運啊， 不是天穹每一點的光線都能到達地球！要不然亮度和熱度將不可想象，比我們 經受的要高 90 000 倍，只有全能的上帝才能設計出能在這種極端環境條件下生 存的生物體。"奧爾貝斯（Olbers ) 提出：為了地球不沐浴在像太陽光碟那樣明亮 的背景中，塵雲必須吸收大量的熱，地球上的生命才能夠生存。例如，我們所在 的銀河星系的火焰中心，在夜晚的天空中本應特別耀眼，但實際上它藏在了塵雲 的背後。因此當我們遙望銀河系中心所在的人馬星座（Sagittarius ) 的方向時，我 們看到的不是閃爍的火球，而是一片黑暗。

但是塵雲不能真正解釋奧爾貝斯（Olbers ) 悖論。經過一個無限長的時間周 期，塵雲吸收來自無數星球的光線，最終將和星星表面一樣發光。因此 , 塵雲在 夜晚的天空應發光。

同樣，人們可以假定 : 星星離得越遠就越暗淡。這是對的，但不能回答這個 悖論。如果我們觀察夜晚天空的一部分，非常遙遠的星星的確很暗，但是你看得 越遠，你看到的星星就越多。在均勻的宇宙屮這兩者的效果互相抵消，夜晚的天 空仍然應該是白的。（這是由於光線的強度隨距離的平方減小，星星的數量隨 距離的平方增加，兩者抵消。）

非常奇怪的是，歷史上第一個解決這個悖論的人是一位美國的神秘作家埃 德加 _ 愛倫 • 坡（Edgar Allen Poe ) ，他是一位天文學的長期的業餘愛好者。就 在他臨死之前，他在一篇叫做《歐雷卡》的充滿哲理的散文詩中發表了 他的很多觀察。其中有非常精彩的一段話：

如果星星的系列是沒有止境的，展現在我們面前的天空的背景應是均 勻照明的，像銀河系所顯示的那樣。因為在整個背景中絕不可能找到一個 地方沒有星星。因此，在這種情況下為什麼我們的望遠鏡在數不清的方向 什麼也看不見的原因是：不可見的背景距離是如此遙遠，以至根本沒有光線能到達我們。

他最後說 : "到目前為止這個想法太美妙了，還無法證實。"

這是正確回答問題的關鍵。宇宙不是無限的老。它有起源。到達我們眼球 的光線有一個有限的分離點。從最遙遠星星來的光線還來不及到達我們。宇宙 學家愛德華 • 哈里斯（Edwad Harrison ) 首先發現愛倫 • 坡解決了奧爾貝斯 ( Olbers ) 悖論。他寫道當我第一次讀到愛倫 • 坡的詩時，我驚呆了。一個詩 人，最多是一位業餘科學家，怎麼能在 140 年前就認識到正確的答案，而在我們 的學院里卻一直講解著錯誤的結論 ? "

1901 年，蘇格蘭的物理學家洛德 • 開爾文（Lord Kelvin ) 也發現了正確的答 案。他認識到：當你遙望夜晚的天空時，你看到的是它過去的樣子，而不是現在 的情況。因為光的速度儘管按照地球的標準是非常之快（每秒 186 282 英里〔每 秒 300 000 千米〕），但仍然是有限的，光從遙遠的星球到達地球需要時間。洛德 • 開爾文（Lord Kelvin ) 計算得出：要想夜晚天空是白的，宇宙的範圍必須擴大到幾 百萬億光年。但是因為宇宙的年齡沒有萬億年，所以夜晚天空一定是黑的。 ( 還有第二個夜晚天空為什麼是黑的理由，星星的壽命是有限的，以幾十億 年計。）

近來，利用哈勃空間望遠鏡已經有可能實驗驗證愛倫 • 坡解答的正確性。 這些強大的望遠鏡又使我們能夠回答甚至是孩子也能提出的問題。最遠的星在 哪裡？在最遠的星之外有什麼？為了回答這些問題，天文學家為哈勃空間望遠 鏡編製了程序以執行一項歷史性的任務：拍攝宇宙最遠之處的快照。為了捕捉 最深層空間角落的極其微弱的輻射，該望遠鏡必須完成一項前所未有的任務 : 在 總共幾百小時的時間內精確地瞄準獵戶星座（Orion ) 附近天空的同一點，這要求 該望遠鏡在圍繞地球運轉 400 圈的時間內要完全對準。此項目是如此之困難， 不得不花費 4 個月的時間才完成。

2004 年，全世界的報紙以頭版頭條新聞發布了一張極有吸引力的照片。這 張照片展示從大爆炸之初的混沌中凝縮出來的 10 000 個幼稚的星系。空間望 遠鏡科學研究所的安東 • 柯克莫爾（Anton Kodcemoer ) 宣稱："我們可能已經看 到創世的終結。"此照片顯示離開地球 130 億光年的一團暗淡的星系，也就是說 光要花費 130 億年的時間才能到達地球。因為宇宙本身的年齡只有 137 億年， 這意味著這些星系是在創世后大約 5 億年的時間形成的，這時第一批星星和星 系正從大爆炸留下的氣體中凝縮出來。該研究所的天文學家馬西莫 • 斯蒂瓦韋 里（Massimo Stivavelli ) 說 : "哈勃把我們帶到離開大爆炸本身只有一箭之遙。" 但是又有問題產生了 ：在最遠的星系外面有什麼呢？當你凝視這張非凡的 照片時，很明顯在這些星系之間只有黑色。它是一個來自遙遠星球光線的一個 最終的分離點。然而，這些"黑色"實際上又是微波背景輻射。因此，對夜晚天 空為什麼是黑色的最終回答是 : 夜晚天空實際上根本不是黑的。（如果我們的 眼睛能夠或多或少看到微波輻射，不只是可見光，我們就會看到來自大爆炸的輻 射充滿夜空。在某種意義上，來自大爆炸的輻射出現在每晚的夜空。如果我們 的眼睛能夠看到微波，我們就會看到位於最遠的星星之外的創世主。