奥尔贝斯悖论

牛顿知道在任何无限的宇宙中有着更深层次的矛盾，叫做奥尔贝斯 (Olbers）悖论，这个悖论是从夜晚天空的背景为什么是黑色产生的。早至约翰尼斯_开普勒（Uohamies Kepler）时代的天文学家就认识到：如果宇宙是均匀的和无限的，那么不管你向哪看，你都会看到从无数个星星发出的光。凝视夜晚天空的任一点，我们的视线将最终穿过不计其数的星星，接收到无限数量的光线。因此，夜晚的天空应该是一片火海！但事实是，夜晚的天空是黑的，不是白的，几个世纪以来这成了一个微妙的，但是意义深远的宇宙矛盾。

这个悖论像本特利（Bentley）悖论一样，看上去简单，却使很多代的哲学家和天文学家苦恼。本特利（Bemley）悖论和奥尔贝斯（Olbers）悖论都与观察有关，在一个无限的宇宙中，重力和光线可以产生无限多个没有意义的结果。几个世纪以来，人们提出了很多不正确的冋答。开普勒（Kepler）被这个悖论闲惑得走投无路，只得推测宇宙是有限的，被一个外壳所包围，因此只有有限数量的光线能够到达我们的眼球。

对这个悖论的回答是如此混乱，以至1987年的一项研究表明：70%的天文学教科书都给出不正确的回答。

起初，人们说光线被尘云吸收了，想由此解答奥尔贝斯（Olbers）悖论。1823 年海因里希•威廉•奥尔贝斯（Heinrich Wilhelm Olbers）第一次清楚地叙述这个悖论时，他本人就是这样回答的。奥尔贝斯（Olbers）写道：“地球是多么幸运啊，不是天穹每一点的光线都能到达地球！要不然亮度和热度将不可想象，比我们经受的要高90000倍，只有全能的上帝才能设计出能在这种极端环境条件下生存的生物体。”奥尔贝斯（Olbers）提出：为了地球不沐浴在像太阳光盘那样明亮的背景中，尘云必须吸收大量的热，地球上的生命才能够生存。例如，我们所在的银河星系的火焰中心，在夜晚的天空中本应特别耀眼，但实际上它藏在了尘云的背后。因此当我们遥望银河系中心所在的人马星座（Sagittarius）的方向时，我 们看到的不是闪烁的火球，而是一片黑暗。

但是尘云不能真正解释奥尔贝斯（Olbers）悖论。经过一个无限长的时间周 期，尘云吸收来自无数星球的光线，最终将和星星表面一样发光。因此,尘云在夜晚的天空应发光。

同样，人们可以假定：星星离得越远就越暗淡。这是对的，但也不能回答这个悖论。如果我们观察夜晚天空的一部分，非常遥远的星星的确很暗，但是你看得越远，你看到的星星就越多。在均匀的宇宙中这两者的效果互相抵消，夜晚的天空仍然应该是白的。（这是由于光线的强度随距离的平方减小，星星的数量随 距离的平方增加，两者抵消。）

非常奇怪的是，历史上第一个解决这个悖论的人是一位美国的神秘作家埃德加_爱伦•坡（Edgar Allen Poe），他是一位天文学的长期的业余爱好者。就在他临死之前，他在一篇叫做《欧雷卡》的充满哲理的散文诗中发表了他的很多观察。其中有非常精彩的一段话：

如果星星的系列是没有止境的，展现在我们面前的天空的背景应是均匀照明的，像银河系所显示的那样。因为在整个背景中绝不可能找到一个地方没有星星。因此，在这种情况下为什么我们的望远镜在数不清的方向什么也看不见的原因是：不可见的背景距离是如此遥远，以至根本没有光线能到达我们。

他最后说：“到目前为止这个想法太美妙了，还无法证实。”

这是正确回答问题的关键。宇宙不是无限的老，它有起源。到达我们眼球的光线有一个有限的分离点。从最遥远星星来的光线还来不及到达我们。宇宙学家爱德华•哈里斯（Edwad Harrison）首先发现爱伦•坡解决了奥尔贝斯（Olbers）悖论。他写道当我第一次读到爱伦•坡的诗时，我惊呆了。一个诗人，最多是一位业余科学家，怎么能在140年前就认识到正确的答案，而在我们的学院里却一直讲解着错误的结论？”

1901年，苏格兰的物理学家洛德•开尔文（Lord Kelvin）也发现了正确的答案。他认识到：当你遥望夜晚的天空时，你看到的是它过去的样子，而不是现在的情况。因为光的速度尽管按照地球的标准是非常之快（每秒186 282英里〔每 秒300 000千米〕），但仍然是有限的，光从遥远的星球到达地球需要时间。洛德• 开尔文（Lord Kelvin）计算得出：要想夜晚天空是白的，宇宙的范围必须扩大到几百万亿光年。但是因为宇宙的年龄没有万亿年，所以夜晚天空一定是黑的。（还有第二个夜晚天空为什么是黑的理由，星星的寿命是有限的，以几十亿年计。）

近来，利用哈勃空间望远镜已经有可能实验验证爱伦•坡解答的正确性。这些强大的望远镜又使我们能够回答甚至是孩子也能提出的问题。最远的星在哪里？在最远的星之外有什么？为了回答这些问题，天文学家为哈勃空间望远镜编制了程序以执行一项历史性的任务：拍摄宇宙最远之处的快照。为了捕捉最深层空间角落的极其微弱的辐射，该望远镜必须完成一项前所未有的任务：在总共几百小时的时间内精确地瞄准猎户星座（Orion）附近天空的同一点，这要求该望远镜在围绕地球运转400圈的时间内要完全对准。此项目是如此之困难，不得不花费4个月的时间才完成。

2004年，全世界的报纸以头版头条新闻发布了一张极有吸引力的照片。这张照片展示从大爆炸之初的混沌中凝缩出来的10000个幼稚的星系。空间望远镜科学研究所的安东•柯克莫尔（Anton Kodcemoer）宣称：“我们可能已经看到创世的终结。”此照片显示离开地球130亿光年的一团暗淡的星系，也就是说光要花费130亿年的时间才能到达地球。因为宇宙本身的年龄只有137亿年， 这意味着这些星系是在创世后大约5亿年的时间形成的，这时第一批星星和星系正从大爆炸留下的气体中凝缩出来。该研究所的天文学家马西莫•斯蒂瓦韦 里（Massimo Stivavelli）说：“哈勃把我们带到离开大爆炸本身只有一箭之遥。” 但是又有问题产生了：在最远的星系外面有什么呢？当你凝视这张非凡的 照片时，很明显在这些星系之间只有黑色。它是一个来自遥远星球光线的一个最终的分离点。然而，这些“黑色”实际上又是微波背景辐射。因此，对夜晚天空为什么是黑色的最终回答是：夜晚天空实际上根本不是黑的。（如果我们的眼睛能够或多或少看到微波辐射，不只是可见光，我们就会看到来自大爆炸的辐射充满夜空。在某种意义上，来自大爆炸的辐射出现在每晚的夜空。如果我们的眼睛能够看到微波，我们就会看到位于最远的星星之外的创世主。