来源:新华网

发布时间:2021-04-10 03:33:06

一个句子的原因是,可观察的宇宙是有限的。

我在这里增加了一个限制,那就是可观测宇宙,这实际上是一种聪明的表述。因为宇宙的整体规模是有限的,或者现有的时间是有限的,它可以导致有限的可观测宇宙。但是,在这方面,学术界仍然存在一些争议。

让我们从一个简单的模型开始。我们认为点光源是恒星的简化模型。如果每单位时间释放的能量是e。那么从它释放出的单位面积能量是多少?我们知道,在一个点光源发出光之后,由于同向性,空间本身不储存能量--这导致一定量的能量通过包含任何光源的封闭表面。因此,通过简单的计算,我们知道在r的距离上,获得的能量密度与1/r^2成正比。

之后,我们再来做一个假设,就是认为宇宙基本是各向同性、(粗粒化的)平移对称的。这样我们就可以用恒星密度n来计算了。距离我们为r,厚度为dr的球壳上,有4π(r^2)*dr*n个恒星,我们用平均发射的能量e来计。它们对我们贡献的能流密度就是:

4π(r^2)*dr*n/(r^2)?=?4πn?dr

这样,很容易看出恒星提供的平均能量流密度与可观测宇宙的规模成正比--也就是说,半径两倍的可观测宇宙产生的亮度是夜空亮度的两倍。我们将上面的公式积分,如果积分r从0到有限的r,那么能量流密度j与r成正比。但是如果我们认为可观测宇宙是无限的,那么能量流密度就趋向无穷--这与观测结果明显不一致。所以我们认为夜空是黑暗的,因为可观测的宇宙是有限的。

当然,抛开繁琐的计算过程不谈,简单的思考就可以得出定性的结论,如果有无限多的发光恒星,那么地球的夜空就会像白天一样,换句话说,根本就没有夜空。

所以,显而易见的答案是,尽管宇宙中有那么多发光的恒星,一方面,宇宙是足够大的,另一方面,没有足够的恒星,至少没有那么多的无限,所以地球的夜晚仍然是黑色的。但是,如果恒星的数量在更近的距离上增加,那么地球的夜空就会发生巨大的变化,这不是纯粹的数字游戏,而是数十亿年后的现实,因为银河系和仙女星系将合并成一个更大的星系,地球上的夜空在合并过程中和合并后将完全改变。

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