江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

宇宙是有限|宇宙有这么多的恒星为什么地球还存在黑夜科学家其实道理很简单

原因如果用一句话来说的话，就是：可观测的宇宙是有限的。
这里我加了一个限制，就是「可观测的宇宙」，其实是一种取巧的说法。因为宇宙的整体尺度有限，或者是已存在的时间是有限的，都会导致可观测的宇宙有限。然而在这一方面，学界仍然存在一定的争议。
宇宙是有限|宇宙有这么多的恒星为什么地球还存在黑夜科学家其实道理很简单
文章图片

我们来从一个简单的模型说起。我们考虑一个点光源，作为星体的简化模型。如果其单位时间内，释放的能量为E。那么距离它r的地方，单位面积得到的能量是多少呢？我们知道，光从点光源发射出去之后，由于各向同性，而空间本身不会储存能量——这就导致通过任意包含光源的封闭曲面的能量是一定的。从而，通过简单的计算，我们知道，距离为r处，获得的能量密度正比于1/r^2。
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
宇宙是有限|宇宙有这么多的恒星为什么地球还存在黑夜科学家其实道理很简单
文章图片

这样我们就很容易看到，恒星提供的平均能流密度，是与可观测宇宙的尺度成正比的——就是说，两倍半径的可观测宇宙，会产生两倍亮度的夜空。我们对上面的式子做积分，如果积分r从0到有限的R，那能流密度J就正比于R。但如果我们认为可观测的宇宙是无限的，那么能流密度就会趋向于无穷大——这显然与观测不符。所以我们认为，夜空之所以是黑暗的，是因为可观测的宇宙是有限的。
宇宙是有限|宇宙有这么多的恒星为什么地球还存在黑夜科学家其实道理很简单
文章图片

当然，抛开繁琐的计算过程，简单的思考一下就可以得到一个定性的结论，如果有无限多发光的恒星存在，那么地球的夜空将如同白昼一般，或者换句话说压根没有什么夜空存在。
【 宇宙是有限|宇宙有这么多的恒星为什么地球还存在黑夜科学家其实道理很简单】所以，显见的答案是虽然宇宙中有那么多会发光的恒星，但一方面宇宙足够的大，另一方面恒星还不够多，至少没有多到无限，所以，地球的夜晚还是黑的。但是，如果在较近的距离内，增加恒星的数量，那么地球的夜空将大变样，而这并非纯粹的数字游戏，是数十亿年后的现实，因为银河系将和仙女星系合并成一个更大的星系，在这个合并的过程中以及合并结束之后，地球上的夜空将彻底改观。


    推荐阅读


    上一篇：搜狐|地板式油门和悬吊式油门，两种踏板有什么区别？哪个更好？

    下一篇：搜狐|成都车展丨凯翼炫界而来 全新启航