奧伯斯佯謬由德國天文學(xué)家奧伯斯于1823年提出，于1826年修訂，是指若宇宙是穩(wěn)恒態(tài)而且無限的，則晚上應(yīng)該是光亮而不是黑暗的。在此之前，類似的想法已由開普勒于1610年及夏西亞科斯于十八世紀(jì)提出。黑暗的夜晚印證了宇宙是非穩(wěn)恒態(tài)的，是大爆炸理論的證據(jù)之一。奧伯斯佯謬又稱夜黑佯謬或光度佯謬。

中文名

奧伯斯佯謬

提出者

奧伯斯

時間

1823年

國家

德國

理論

奧伯斯佯謬

Olbers paradox 1826年，德國天文學(xué)家H.W.M.奧伯斯指出，一個靜止、均勻、無限的宇宙模型會導(dǎo)致如下結(jié)論：黑夜與白天一樣亮。但實(shí)際上夜空卻是黑的。理論同觀測的這種矛盾稱為奧伯斯佯謬。采用天體之間有吸光物質(zhì)、天體壽命有限或天體有演化、引力常數(shù)隨距離而變化等都難以解決奧伯斯佯謬。在現(xiàn)代的膨脹宇宙模型里，奧伯斯佯謬不存在。這個矛盾是從觀測和理論相聯(lián)系的角度考慮宇宙的大尺度性質(zhì)時提出來的。它標(biāo)志著科學(xué)的宇宙學(xué)的萌芽。

靜態(tài)宇宙的觀念是如此之強(qiáng)，以致于那些意識到引力理論導(dǎo)致宇宙不可能靜態(tài)的科學(xué)家們并沒有提出宇宙在膨脹，而是試圖去修正他們的理論。甚至愛因斯坦于1915年發(fā)表其廣義相對論時還非?？隙ㄓ钪媸庆o態(tài)的。因此他不得不在他的方程中引進(jìn)一個所謂的宇宙常數(shù)來進(jìn)行修正。他引入一個“反引力”，這個力是無源的，是空間-時間結(jié)構(gòu)所固有的。他宣稱空間-時間內(nèi)在膨脹的趨勢，剛好可以平衡宇宙間各物質(zhì)的相互吸引，結(jié)果形成了靜態(tài)的宇宙。這個理論在以后被愛因斯坦稱為是“一生中最不可原諒的錯誤”。

對于無限靜止的宇宙首先發(fā)難的通常歸功于德國哲學(xué)家亨利?！W伯斯。1823年他提出了著名的“奧伯斯佯謬”。他指出，如果宇宙是無限靜止的和均勻的，那么觀察者每一道視線的終點(diǎn)必將會終結(jié)在一顆恒星上。那么不難想象，整個天空即使是在夜晚也會象太陽一樣明亮。有人提出反駁：遠(yuǎn)處恒星的光線被它經(jīng)過的物質(zhì)所吸收而減弱。其實(shí)這看似有理的反駁是站不住腳的因?yàn)槲展饩€的物質(zhì)將最終被加熱到發(fā)出和恒星一樣強(qiáng)的光為止。無限靜態(tài)宇宙只有一種情形能避免夜空象白天一樣明亮，那就是：恒星不是在無限久遠(yuǎn)以前就開始發(fā)光。在這種情形下，光線所經(jīng)過的物質(zhì)尚未被加熱，或者遠(yuǎn)處的恒星光線尚未到達(dá)地球。于是又面臨著一個問題：是什么使恒星第一次發(fā)光？這就是人類探索了無數(shù)世紀(jì)的問題——宇宙起源。

論證

1781年，哲學(xué)家伊曼努爾·康德在他的里程碑式的著作《純粹理性批判》中深入的辨析了宇宙在時間上有無開端、空間上有無極限的問題，他稱這個問題是純粹的二律背反（即矛盾）。他論證道：如果宇宙沒有開端，則任何事件前都必有無限的時間，這是荒謬的；而如果宇宙有一個開端，那么宇宙開端前是什么時間呢？康德認(rèn)為正反兩方面都存在令人信服的論據(jù)。事實(shí)上他的論證基于了一個隱含的假設(shè)，即不管宇宙是否存在了無限久，時間都可以無限地倒溯回去。但即將談到的大爆炸學(xué)說將讓人們理解：在宇宙開端之前的時間概念是沒有意義的。

假設(shè)

奧伯斯佯謬的運(yùn)動

假如宇宙是穏恒態(tài)而無限，而且有無數(shù)平均分布的發(fā)光星體，則無論望向天上哪一位置都應(yīng)該見到一粒星體的表面，星與星之間便不應(yīng)有黑暗的位置，黑夜時整個天都會是光亮的。

更確切的表述是，如果宇宙是穩(wěn)恒，無限大，時空平直的，其中均勻分布著同樣的發(fā)光體，由于發(fā)光體的照度與距離的平方成反比，而一定距離上球殼內(nèi)的發(fā)光體數(shù)目和距離的平方成正比，這樣就使得對全部發(fā)光體的照度的積分不收斂，黑夜的天空應(yīng)當(dāng)是無限亮的。

解釋

被接受的解釋

兩種作用能對奧伯斯佯謬給予解釋：宇宙的年齡是有限的和紅移，而后者是最重要的效應(yīng)。(即使在穩(wěn)態(tài)宇宙理論的模型中，也推論出宇宙是無限老和空間是無邊際的，但夜空依然是黑暗的。)

宇宙的年齡是有限的

奧伯斯佯謬

這個解釋指出有限速度的光要游遍宇宙的空間本身就是矛盾的，當(dāng)我們遙望遠(yuǎn)處的空間，其實(shí)就是在回顧歷史。最后，我們?nèi)灾荒苡^察到有限年齡的宇宙。諷刺的是，相同的解釋卻是出自詩人愛倫·坡在1848年的我得之矣(一首散文詩)，在其中他寫道：

"星星是連續(xù)不盡的，然后背景的天空將呈現(xiàn)一致的光亮，就像銀河所顯示的-–因?yàn)椴粫薪^對的點(diǎn)，在那所有的背景中，星星將不復(fù)存在。因此，在那些，在這樣的事態(tài)下，唯一的模式，我們可以體會到我們的望遠(yuǎn)鏡在無數(shù)的方向上發(fā)現(xiàn)空隙，將假設(shè)無形的背景，因?yàn)榫嚯x的遙遠(yuǎn)，光芒從未能到達(dá)我們。"

紅移

以有限的宇宙年齡所提供的星光來照耀天空時，導(dǎo)出了另一個問題：為什么看不見任何一點(diǎn)大霹靂的貢獻(xiàn)？這原因是大霹靂本身的輻射因?yàn)橛钪媾蛎浀木壒?，已?jīng)紅移到微波的波長，成為宇宙的微波背景輻射。宇宙的膨脹也限制了可觀測宇宙的大小，這意味著在此之外的光線到不了我們所在之處，這在光學(xué)效應(yīng)下創(chuàng)造了有限的宇宙。(參考有限年齡的論據(jù)。)

其它解釋

奧伯斯佯謬

也有人提出另一種解釋（奧伯斯本人就曾這樣解釋），指宇宙并非透明，遠(yuǎn)處星光會被宇宙間黑暗的星體，塵埃和氣體阻隔，令極遠(yuǎn)處的光線只可以傳播一段有限的距離而不能到達(dá)地球。然而這并不能解決問題，因?yàn)楦鶕?jù)熱力學(xué)第一定律，能量必定守恒，故此中間的阻隔物會變熱而開始放出輻射，結(jié)果導(dǎo)致天上有均勻的輻射，溫度應(yīng)當(dāng)?shù)扔诎l(fā)光體表面的溫度，也即天空和星體一樣亮，然而事實(shí)上沒有觀察到這種現(xiàn)象。

開普勒認(rèn)為奧伯斯佯謬論證說明宇宙是有限的，或最少是只有有限數(shù)量的星體。

分形學(xué)權(quán)威曼德勃羅提出了另一種不需基于大爆炸理論的解釋。他指出若星體是以分形方式在宇宙間分布 (例如類似康特塵埃), 不用大爆炸理論也能解釋奧伯斯佯謬。但他的理論是用于展示碎形理論多于解釋夜黑問題，從天文學(xué)觀測亦沒有證據(jù)顯示星體以分形模式分布。