为何夜晚天空黑？

小朋友们！今天我们要一起探索夜晚天空的奥秘哦~你有没有发现夜空是不是比白天更黑呢？宇宙里藏着好多好玩的事儿呢，让我们来找找答案吧！ 自古以来，人们对宇宙有很多猜测。古代的人们曾经觉得星星是镶嵌在透明球面上的，这有点像天圆地方。但后来呢，有不同观点：托勒密的地心宇宙体系和哥白尼的日心地动宇宙体系都包括恒星天球的内容。中世纪的学者们也有类似的看法，认为宇宙无限，牛顿把空间和时间的无限性作为他的理论的基本原理。 现在，科学家发现观测上星星数量不固定且分布均匀。英国著名的天文学家威廉·赫歇耳和约翰·赫歇尔父子宣布，至少某些可观测星云是由分立恒星组成的系统。这些星系就像整个宇宙一样存在。而19世纪天文学家普遍认为宇宙是静态的、无限的和均匀的。 然而，有反对“夜黑问题”的声音，这个问题的核心就是：若恒星发出的光不变且都相同，那么整个天空看起来亮度会均匀，就跟太阳一样亮。因为从不同方向看天空，视线都会碰到一个星星，这确实可以用几何论证说明：现在进入人眼的一束细长的锥形光线，虽然恒星表面的视亮度与距离平方成反比，但锥体的截面积（或恒星的数目）随距离的平方而增加，所以集中光的方向和它从什么地方发出没有关系。因此夜空会变成黑的，这就是“夜黑问题”。 为了消除这一矛盾，科学家们重新审视宇宙学观点：1.

宇宙物质是均匀分布的。2.

宇宙是静态的。3.

宇宙是无限的。4.

宇宙存在的时间已经无限长。这些观点都符合宇宙学原理，应该保留下来。等级式宇宙模型就像大门的钥匙，用来打破之前的“夜黑问题”；而用零为极限的宇宙模型可以消除它，但要付出失去均匀性的代价。 不过目前观测结果是宇宙物质在大尺度空间内的分布是均匀和各向同性的。这就是宇宙学原理——这符合现代宇宙学理论所必须依据的公理。 奥伯斯在推导这一观点时提出了一个关键问题：如果恒星发光并不一直都相同，而是有有限的过去才开始发光，那么我们是否可以避免夜晚天空像太阳那样亮的结论？于是，爱因斯坦创立了广义相对论，这为我们研究宇宙的整体结构提供了理论基础。 从哈勃发现河外星系的视向退行速度与距离成正比，就可以看出宇宙空间中任意两个星系间的距离都在增大；如果一个膨胀的宇宙沿时间反溯回去，那么它将会达到一个原始的超密态——这是大爆炸宇宙学模型。这样看来，具有有限过去而正在膨胀的大爆炸宇宙模型能避免夜黑问题，还有具有无限过去的稳恒态宇宙模型虽然可以消除夜黑问题，但却破坏了能量守恒和宇宙微波背景辐射等，已经不再被人们所接受。 现在，我们了解到宇宙在膨胀，这是一个科学界的普遍共识。一个具有有限过去而正在膨胀的大爆炸宇宙学模型能成功预言与实验观测吻合，而且理论上非常符合动态的宇宙学模型。这自然让我们对“夜黑问题”产生了新的思考：对于均匀、静态、无限的经典宇宙学模型，第二条观点不成立——如果放弃这两条，就不可能得出夜晚天空像太阳那么亮的荒谬结论了！