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人類為何看不見宇宙中的光?看似“正常”的黑夜,真相令人絕望綜述晝夜交替黑色的宇宙宇宙裡的光紅移現象宇宙膨脹膨脹的盡頭結語

人類是晝行生物,一方面是我們的眼睛缺少夜晚能看清東西的杆狀細胞,這類細胞多出現在如貓頭鷹之類的夜行動物身上;另一方面,人類在進化過程中學會了使用火,漸漸在夜晚不用再警惕其他動物,并且成長為食物鍊頂端的存在,漫長的過程中無需自然選擇夜視力。

可自然的夜晚不是漆黑一片,它有月亮和星空,人類也在夜晚開始了仰望星空,慢慢地,古人在觀察過程總結出了一些經驗。

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人類學會了使用火

比如月亮的形狀變化,又比如某些星星的位置,最早楊帆起航的人類利用它們指引方向,到達了遠方的大陸。最早耕作的人類,學會了從它們身上預知明天的天氣,實作了豐收。

而浪漫的古人也在夜空的熏陶下為後世留下了無數的瑰寶,比如“春江潮水連海平,海上明月共潮生。”、“迢迢牽牛星,皎皎河漢女。”以及詩仙李白的“床前明月光,疑是地上霜。”

夜晚雖然束縛了人類的活動,但卻沒有束縛人類的思想,反而催生出了人類獨有的“夜晚文明”,讓人類的曆史多了一份神秘浪漫的色彩。

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美麗的夜空

自從人類認識到黑夜和白天的概念之後,就一直在思考一個問題,為什麼會有日月交替呢?最初的人們缺乏天文知識,他們覺得地是平的,天是一個圓形的蓋子。

蓋子的一頭是白天,另一頭是黑夜,這個蓋子可以變換。随着後來的發展,人類逐漸認識到地球是圓的,它甚至會轉動,那麼日月交替很有可能是太陽、月亮圍繞着地球旋轉,這便是地心說。

再經過人們漫長的摸索和抗争,日心說站穩了腳跟,晝夜變化是因為地球圍繞太陽轉,有地方被太陽照耀就有地方不會,于是産生了黑夜。

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地心說與日心說模拟圖

進入科技時代後,人類向太空發射了數以百計的衛星探測器,我們第一次從第三視角觀察地球。它是一個球形行星,圍繞太陽轉的同時也會自轉。

因為地球的中軸線存在傾角,使得接受太陽的時間各不相同,是以地球上不同地方的晝夜時長不一樣,處于白天的地區被稱為晝半球,籠罩着黑夜地區是夜半球,它們的分界線在地理學上被稱為晨昏線。

晝夜更替對自然萬物有着不可磨滅的意義,它能夠讓萬物得到休養,更能避免地球長時間被太陽直射導緻地表溫度過高,也不會讓背向太陽的一面太過寒冷。可以說萬物生長離不開晝夜更替。

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地球自轉模拟圖

夜空為什麼是黑色?有人會回答因為沒有太陽光,沒有光我們看起來就是黑色,這是多麼“正常”的自然現象。

後來人類發射的衛星傳來了關于宇宙的影像資料,我們看見了宇宙的顔色,是黑色,于是大家都認為我們看見的夜空就是宇宙本來的顔色。

可是問題出來了,宇宙不止太陽這一個恒星,它擁有上億個會發光發熱類似太陽的星體,這些恒星的光足以将宇宙照亮,為何會呈現黑色呢?

這個問題早在19世紀就有人在思考,德國著名天文學家奧伯斯就提出,宇宙中存在衆多星系,這些星系發出的光可以将地球的夜晚照亮,使地球時刻處在白天。

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黑色的宇宙

這個說法在當時看來簡直是天方夜譚,夜晚的黑每個人都看在眼裡,何來光照亮?而且月亮的光也并非它自己發出,而是月球反射的太陽光。

奧伯斯的說法在當時并沒有引起人們的重視,被稱為奧伯斯謬論。随着人類探索的腳步伸向了太空,我們能從更詳盡的方法認識了解宇宙,天文學家有更加先進的裝置來研究宇宙中的奧秘。

漸漸地,他們發現,曾經備受嘲笑的奧伯斯佯謬,也許真的存在,而地球中看似“正常”的黑夜中,其實暗藏着一個令人絕望的事實。

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英國偉大的科學家牛頓第一個将光的顔色進行了“剖析”,證明了太陽光是七種顔色混合而成,而愛因斯坦則第一次将光的另一個性質帶到了大衆眼前。

那就是光具備波與粒子的雙重特性,這便是光“波粒二象性”的前身。之後的實體學家們用實驗證明了這些學說,并且還發現光是電磁波。

經過科學家們堅持不懈地研究發現,光遠比我們相信的複雜。牛頓得到的七色光,在實體學上成為可見光,可見光是電磁波譜中肉眼可見的部分。

因為人的眼睛隻能感覺頻率在380~750thz,波長在780~400nm之間電磁波,這部分以外的電磁波是我們的眼睛捕捉不到的,被稱為不可見光。

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三棱鏡折射太陽光實驗模拟圖

不可見光的範圍更大,并且是一個籠統的稱呼,我們常說的紫外線、紅外線、x-射線等都屬于此。光譜的引入讓我們逐漸意識到,光的頻率是沒有界限的,而人類對光的感覺是有限的。

于是奧伯斯佯謬再次引起了天文學家們的注意,奧伯斯說的光很有可能存在,隻是我們看不見,也就是宇宙中每時每刻都有光照向地球,但這些光都不在人類可以看見的範圍,我們夜空也就是一片漆黑。

那到底是為什麼,我們看不見這些光呢?

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美麗的夜空圖

紅移現象最先出現在人類的機械波實驗裡,研究人員發現,如果波在不停地移動,那麼它離接收者越遠,它的波長就會變長頻率會下降,當它靠近接收者,波長就會變短頻率會上升。

以此類推,考慮到光也有波的性質,科學家們立馬着手實驗,得到了與機械波一樣的結果,離接收點越遠的光,光波變長,在光譜上,譜線朝紅光區域移動。

紅光是人類眼睛能看到的波長極限,在它之外的光叫紅外線,實驗用的光譜線朝紅光移動,是以稱之為紅移。相對應的,譜線朝紫色光譜區域移動的現象叫藍移,表現為光波變短頻率變高。

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紅移與藍移模拟圖

宇宙中常見的紅移現象有三種,分别是:

多普勒紅移:由于輻射源在固定的空間中遠離我們所造成的;引力紅移:由于光子擺脫引力場向外輻射所造成的;宇宙學紅移:由于宇宙空間自身的膨脹所造成的。

紅移現象說明了那些發光的星體正在遠離我們的地球,而它們輻射出來的光,也在這個過程中被拉伸了波長,直到波長大于了400nm,人類再也看不見。

也就是說,宇宙中星體的位置不是一成不變的。那麼,是什麼力量讓那些發光的星體遠離地球了呢?

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多普勒紅移模拟圖

宇宙來源自爆炸,并且自爆炸發生後,它就一直沒有停下膨脹的腳步。第一個提出宇宙膨脹概念的是美國著名天文學家哈勃。

他提出“所有星雲都在彼此互相遠離,而且離得越遠,離去的速度越快”這一結論。事實上根據天文學家們這些年不停地觀察,宇宙确實在以我們想象不到的速度膨脹。

一些天體遠離地球的速度可能已經達到了光速的三分之一。既然宇宙膨脹,那為什麼地球與太陽的距離沒有是以擴大,我們依舊能看到太陽光?

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宇宙大爆炸想象圖

宇宙的膨脹是發生在星系之間的,地球處在太陽系,理論上太陽的确也在遠離,但是這個速度比起其他恒星來說慢許多,是以太陽光也并沒有全部發生紅移。

驅動宇宙膨脹的是暗能量,自宇宙爆炸之日起便已存在,暗能量是宇宙中一切人類未知力量的統稱,因為它不會吸收、反射和輻射光,以人類近日的技術無法對其進行觀測。

暗能量的概念是由著名實體學家愛因斯坦于1917年提出,在他廣義相對論的基礎上導出的方程式顯示宇宙是運動的,而在此之前愛因斯坦就提出宇宙是靜止的。

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宇宙膨脹模拟圖

顯然,這兩個理論相悖。于是愛因斯坦為這個方程引入了“宇宙常數”。而後的科學家們在此基礎上命名了暗能量。宇宙的年齡預計在146億年左右。

但宇宙的直徑達到了920多億光年,從中可以看出宇宙的膨脹速度。我們從影像資料上看宇宙是漆黑的,而事實上,宇宙裡充滿了各種光,它們來自每個能自主發光發熱的恒星。

可惜,這些光在膨脹的宇宙空間裡,波長變長頻率變短,人類無法看到它們,以為那裡什麼都沒有。仔細想想,不是宇宙沒有光,而是人類無法看見,這種感覺也夠讓人絕望的。

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宇宙膨脹主題模拟圖

盡管人類對于暗能量知道得很少,但不可否認,暗能量總會有用盡的一天,但暗能量用盡,宇宙就會降溫,并放緩膨脹的腳步,等達到一個平衡點後,宇宙的平均氣溫會來到零度,所有的一切都會歸于靜止。

這聽起來很美好,可如果真的發生,對地球來說就隻有絕望了。前面說到,黑夜的“黑”是因為大部分生物看不見超出可見波長的光,沒看見不代表沒有,我們的地球無時無刻不被光波圍繞。

生物看不見有一點好處,那就是可以在夜晚休息,為第二天做好準備。看不見光是因為紅移現象,紅移是宇宙膨脹的證明之一,也就是說人類看見的黑夜是宇宙膨脹的結果。

如果某一天這個膨脹停止了,紅移現象不再發生,那麼充斥在宇宙中的光,會被地球上的生物看到,地球上的生态将被打亂,全球将處于極晝狀态。

好在這種情況目前不會發生,我們還要花很長的時間才能搞清楚催動膨脹的暗能量,科學家們推測宇宙中有99%的暗能量是未知的,是以它不可能這麼快就耗盡,膨脹還會繼續。

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北挪威的極晝現象

長期以來,人類都以為夜晚漆黑的天空是因為沒有光,是正常的自然現象,然而随着科技的進步與人類探索宇宙腳步的深入,這裡面蘊含了一個絕望的事實。

所謂的黑夜,其實是宇宙膨脹的産物,我們的宇宙中充滿了各種各樣的光,它們具備着不同的能量,也有着不同的波長與頻率,偏偏我們不看見這些光。

我們眼睛失去了原本應該很美麗的色彩,這仿佛是宇宙給人類開的一個玩笑。然而宇宙又是守恒的,雖然它用黑色襯托出了其他恒星,于是有了漫天的繁星。

這些星星成為了人類宇宙意識的啟蒙,從此開啟了前往星辰大海的征程。我們至今也看不出宇宙的顔色,但我們是以認識了遙遠的星球。

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昏暗的夜晚天空

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