綜述

隨著人類科技的發展和進步，我們終于正式開始了地外太空探索。盡管以目前的探索進程來看，我們仍然停留在最初的階段，甚至連太陽系都沒能突破。

但這至少證明了地外探索的可行性，并明確了人類未來的發展方向。除此以外，即便我們暫時無法實現載人太空器探索宇宙深處的夢想，但現代先進的太空望遠鏡，依舊可以幫助我們去觀測宇宙深處的各種變化。

尤其是每一次全新的發現，幾乎都會讓不少人感動不已。然而很多人都忽略了一個問題，夜空為什么是黑的？這看起來再正常不過的一件小事，背后隱藏的卻是你從未想過的絕望現實。

漆黑的夜空

黑夜與奧伯斯佯謬

自從人類記事以來，就已經習慣了白天和黑夜的區別。可對于這種現象的具體原因，卻沒有任何人能夠做出解釋。

一直到16世紀哥白尼在《天體運行論》中提出了“日心說”，表明地球圍繞太陽運動，且地球自身也在不停地轉動以后，人類才對白天黑夜有了一個簡單的認識。

可事實上，這樣的理論其實也僅僅適用于太陽系中。如果超過了這個界定范圍，那么地球自轉同樣不能解釋黑夜與白天的區別。

哥白尼提出了日心說（右側）

舉一個簡單的例子，當某一個房間內部同時存在一個光源以及一個遮擋物的時候。那么我們在光源以及遮擋物之間就能夠看到明亮的遮擋物；可如果是在遮擋物的背面，那就只能看到黑漆漆的一片。

然而宇宙并不僅僅只是太陽系，前人對于太空天體的認知受制于時代的整體發展狀態。而現如今，我們已經知道哪怕是銀河系之中，都至少有1000億到4000億顆恒星。

這就足以證明，名為宇宙的這個“房間”遠比我們想象的要大得多，而房間內部的光源也同樣難以估量。試問當房間光源布滿了遮擋物的上下前后左右之時，我們又怎么可能感覺到黑暗呢？

或許有人會說，光源距離太遠，所以我們無法看到。可事實上，光子在宇宙真空中不會被吸收，也沒有損耗，完全可以傳播到無限遠的距離。

也正是因為這種特性的存在，所以我們習以為常的黑夜，其實完全是一個無法理解的悖論。而這種悖論在近代天文學中，也被稱之為奧伯斯佯謬。

在奧伯斯看來，只要宇宙是穩定的存在，那么無論光線距離多么遙遠，整個宇宙都應該是永恒的白晝才對。

天文學家奧伯斯

在這種狀態下，黑夜不復存在，而白天的亮度更是會高到讓人睜不開眼的地步。為此，這位來自德國的天文學家還想過太空塵埃以及氣體遮擋的原因來解釋自己的謬論。

意思是說光線在太空傳播過程中，會因為塵埃和氣體的阻撓而無法達到地球，所以才會出現黑夜的現象。這種解釋看起來十分合理，可等到1850年熱力學第一定律出現以后，就完全解釋不通了。

在宇宙中，所有孤立系統內部的能量永遠守恒。既然如此，那么光線在宇宙中傳播的時候，即便會被塵埃或者氣體阻攔，也依舊會以其他方式表現出來。這樣一來，黑夜也就不復存在了。

漆黑的夜空中星星在閃爍

紅移現象

對于奧伯斯提出的這個謬論，在長達百余年的時間里面都沒人能夠給出最合理的解釋。熱力學第一定律已經被證明是真實存在的，可黑夜的出現就像是某一片平整路面上的一個“凸起”。

如果不能將這個“凸起”處理掉，那么科學的前進之路必然會因此受到阻礙。好在二十世紀初，著名的“河外天文學之父”埃德溫·哈勃在發現了紅移現象之后，成功破解了奧伯斯提出的難題。（河外：銀河系之外的宇宙空間）

紅移現象示意圖

1929年，哈勃通過對星系距離的測定以及前人留下來的觀測結果對比后發現：距離我們越遠的星系遠離我們的速度就越快。

舉一個簡單的例子，當我們走在路上的時候，我們身邊每個人的移動速度都是類似的。然而在千里之外，每個人都在加速移動。

除此以外，其實一些物理現象的表象，也符合紅移現象的理論。當一列火車從遠處駛來的時候，我們聽到的聲音會由弱到強，這不僅僅是距離的減小，同時也是波長變得越來越短。

哈勃舊照

如果更加準確地描述這種聲音的變化，那就應該是越來越“刺耳”。在現代天文學中，紅移現象主要分為三種，分別是多普勒紅移、引力紅移以及整個宇宙的紅移。

對于這三種不同的紅移，我們也可以簡單地將它們看作是宇宙的三個層次變化。首先是最底層的多普勒紅移，也就是波源移動紅移，具體釋義為：

波在波源移動向觀察者的時候，接受頻率逐漸變高；在遠離觀察者的時候，接受頻率逐漸變低。我們在日常生活中無法看到遠處的光源，也完全可以用這種定律來表示。

紅移現象模擬圖

其次就是愛因斯坦相對論中提到的引力紅移，這一點和愛因斯坦提出的“時空概念”有一定的聯系。愛因斯坦提出光速是宇宙中最快的速度，同時也是恒定不變的。

可由于天體引力的存在，所以光波的頻率自然就會降低。從這一點上來看，可以將愛因斯坦提出的引力紅移視作多普勒紅移的延伸。

最后就是宇宙學紅移，早在1912年，美國天文學家維斯托·斯弗萊就已經發現了紅移現象。只不過對于這種現象，這位天文學者并不知道用什么樣的方式來解釋它的存在。也正因如此，才有了后來哈勃通過哈勃定律證明的宇宙膨脹。

紅移示意圖

紅移與奧伯斯佯謬

很多人不太能理解，紅移現象究竟和奧伯斯佯謬又有什么關系呢？這可以從兩個方面來進行解釋。首先是光在傳遞的時候，光子不會損失，但波長頻率的變化會讓人類無法接受到光芒的存在。

在宇宙之中，星系之間的間隔距離都以光年為計量單位。在這樣長的距離跨度上，我們能夠感知到的光芒自然會十分的微弱。

與此同時，太陽的存在還會將其他天體的光線“吞噬”，所以我們能夠在日常生活中接受到最多的光源信息也只能是太陽。

其次，由于哈勃定律證明了宇宙一直都是在膨脹之中，且距離我們越遠的星系移動速度越快并逐漸超越光速的時候，我們就再也無法接收到它們的光芒。

哈勃定律觀測圖和公式

這一點很容易理解，當兩個人在同一賽道上奔跑，其中一個人本就落后于對方的情況下，移動速度還沒有對方快，自然就沒有追上對方的可能。

只不過和宇宙星系運動的區別就是，人類賽跑是自己在作用，而宇宙深處的天體星系變化，則是由于空間在作用。

當空間膨脹的速度越來越快，“固定”在某一點上的天體或者星系，與其他之間的星系距離自然也就會越來越快，而我們最直觀的觀測感受就是星系的移動速度越來越快。

也正因如此，當黑夜來臨之時，我們才會感覺到夜空漆黑一片，而漫天繁星，也不過是相對有限的天體數量。

宇宙膨脹模擬圖

可怕的未來

可即便是這樣，和我們人類又有什么關系呢？畢竟宇宙深處的天體或者星系移動，從來沒有影響到我們現如今的生活。

可事實上，如果這樣的事情持續不斷地存在下去，我們人類將會被宇宙徹底地“孤立”。這種孤立狀態并不是說我們被宇宙剔除出去。

而是當我們人類在遙遠的未來與其他星系間的距離越來越遠的時候，我們能夠觀測到的空間也就越來越有限。舉一個簡單的例子：

當我們穿著救生衣被困在大海之中時，如果無力抓住身邊的物體，那么最終目光所及之處，只會是一片茫茫大海。

宇宙膨脹想象圖

除此以外，德國物理學家和數學家埃馬努埃爾·克勞修斯還在1854年的隨筆《關于熱的力學理論和第二基礎定理的一個修正形式》中提到了一種全新的物理量。

到了1865年，這種全新的物理量被正式命名為“熵”。可惜和以往所有科學發現都不相同，此次發現竟被所有科學家都認為是整個宇宙最絕望的發現。

在物理定義中，熵增是一個自發的從有序到無序的變化，每一個孤立的系統中，都會隨著時間的推移出現熵的變化和增加，這個過程是絕對不可逆的。

為此，許多科學家還表示，任何一個科學定理在熵增面前都必須讓步。如果某一定理與熵增產生了沖突，在無法通過其他路徑來闡述這種沖突的時候，無條件支持熵增現象，永遠也不會出錯。

宇宙膨脹示意圖

舉一個簡單的例子，一臺電腦在沒有使用之前，電腦內部不會出現任何類似文件需要清理的情況。可如果開始使用，那么即便在你不知情的情況下，無序的程序也會出現。

而不同電腦之間的區別，其實也僅僅只是時間的區別，也就是熵增的速度區別。在宇宙這個極大的系統之中，熵增同樣是無序且不講道理的。

就像宇宙膨脹理論一樣，人類根本不可能逆轉這種現象的變化。甚至整個宇宙內部都不存在逆轉這種現象的力量。唯有外來力量的介入，或許才有機會在短時間內消除掉一定數量的“熵”。

膨脹是不可逆的、熵增是不可逆的、我們人類生活的地球最終變成一個孤島，同樣也是不可逆的。在那個時候，或許我們周圍的宇宙空間中就充滿了這種毫無意義但卻是存在的物質，而我們也只能默默地忍受。

宇宙膨脹的速度很快

結語

誰也沒有想到，在黑夜的背后竟然隱藏著如此殘酷的現實。在宇宙的規律面前，別說是人類現有的科技能力，即便千百年以后，我們都很難對改變宇宙抱有希望。

奇跡是必定存在的，可在這件事情上面，奇跡出現的概率實在太小。可即便如此，我們也大可不必過于擔心。

宇宙的發展變化有它自己的規律，我們人類發展也有屬于自己的道路。《赤壁賦》中有：“清風徐來，水波不興”，外界給人的壓力或煩惱，又怎能影響到個人的前行呢？