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【宇宙科普】宇宙中的恒星多得難以計算,那為什麼宇宙卻如此冰冷和黑暗?

當我們在晴朗的夜空下仰望星空時, 天空中的那些密密麻麻的亮點, 每一個都可能是一顆恒星, 甚至還可能是很多顆恒星共同發出的光線。 科學家告訴我們, 就光銀河系就有2000億到4000億顆恒星, 而銀河系相對於宇宙而言, 只不過是滄海一粟。

由此可見, 宇宙中的恒星數量是大得難以計算的, 我們都知道, 宇宙中的恒星其實就是一個個「大火球」, 在它們的內部, 每時每刻都在進行著激烈的核聚變反應, 並向周圍釋放出巨量的光和熱。 比如說太陽這顆普通的恒星, 其釋放出的能量只有大約22億分之1被我們地球吸收, 地球就變成了一個充滿溫暖和光明的世界。

在想象中, 整個宇宙也應該充滿溫暖和光明才對, 然而我們看到的事實卻完全相反, 現在問題就來了:宇宙中的恒星多得難以計算, 那為什麼宇宙卻如此冰冷和黑暗?

這個問題要分為兩部分來解釋, 我們先來講為什麼宇宙會如此冰冷。 所謂冰冷是指物體的溫度非常低, 從物理學的角度來看, 溫度是描述一個物體內部微觀粒子(如分子、原子等)的運動激烈程度的物理量, 這些微觀粒子運動得越快, 物體的溫度就越高, 反之亦然。

這就意味著,

溫度是大量微觀粒子熱運動的集體表現, 是具有統計意義的, 因此對於單個或者是數量極其稀少的微觀粒子而言, 所謂溫度也就無從談起。

不巧的是, 宇宙空間中的物質密度就極其稀少, 平均下來大概就是每立方米只有幾個氫原子的樣子。

由此我們可以看到, 在宇宙空間中, 因為沒有足夠的物質來保存來自恒星的熱量, 所以宇宙空間也就是「冰冷」的了。

那為什麼很多行星或者其他更小的天體也是冰冷的呢?這是因為它們要麼離恒星太遠, 恒星釋放的熱量已不足以溫暖它們(比如說冥王星距離太陽非常遙遠, 其表面平均溫度就只有可憐的零下223攝氏度), 要麼接收不到太陽的能量, 其本身又不具備保溫效果(比如說水星雖然距離太陽很近, 但它背對太陽的一面溫度卻低至零下173攝氏度)。

說完了冰冷, 我們再來說為什麼宇宙會如此黑暗。 其實對於這個問題, 科學家們也迷茫了很長一段時間, 當時的思路大概是這樣的:因為宇宙中的恒星多得難以計算, 照理來講, 不管往哪個方向看, 我們都應該看到大量恒星彙集而來的光線, 所以宇宙應該是一片光明才對。

然而事實卻偏偏不是這樣, 直到科學家發現了暗能量之後, 這個謎題才得以解開, 原來這是因為我們的宇宙是處於一個膨脹的狀態。 根據實際觀測, 科學家進一步發現,在暗能量的驅動下,離我們越遠的宇宙空間,膨脹的速度就越快(距離每增加300萬光年,膨脹的速度就增加大約68公里/秒)。

宇宙的這種膨脹狀態導致了那些離我們非常遙遠的恒星,其遠離我們的速度超過了光速,以至於它們發出的光線永遠也到不了地球。關於這一點,大家可以想象一下,假如某個人站在傳送帶向前奔跑,同時這個傳送帶又是在向後運行,在這種情況下,當傳送帶向後運行的速度超過了這個人向前奔跑的速度時,這個人就永遠都到不了終點。

而那些近一點的恒星所發出的光線,也會因為宇宙膨脹的原因而發生紅移現象(波長變長、頻率降低),當這些光線到達地球時,早已經不在可見光的波長范圍了。

也就是說,在宇宙中只有很少一部分的恒星能夠給我們提供光明,但遺憾的是,宇宙中的恒星密度並不是想象中的那樣密密麻麻,事實上,宇宙中的恒星通常都相距非常非常遙遠,比如說離我們太陽最近的恒星——比鄰星,它與太陽的距離也有4.22光年。

這樣的距離,即使以光的速度都要跑4.22年才可以到達,恒星之間的遙遠就可想而知。顯而易見的是,如此稀疏的星光最多只能用來當作晴朗夜空下的點綴,而想依靠它們來讓我們的世界大放光明,那就是根本不可能的事情了。

綜上所述,雖然宇宙中的恒星多得難以計算,但是在巨大的宇宙空間裡,它們發出的光和熱被極大地稀釋了,再加上宇宙本身又在膨脹,所以現在我們看到的宇宙才會如此冰冷和黑暗。

科學家進一步發現,在暗能量的驅動下,離我們越遠的宇宙空間,膨脹的速度就越快(距離每增加300萬光年,膨脹的速度就增加大約68公里/秒)。

宇宙的這種膨脹狀態導致了那些離我們非常遙遠的恒星,其遠離我們的速度超過了光速,以至於它們發出的光線永遠也到不了地球。關於這一點,大家可以想象一下,假如某個人站在傳送帶向前奔跑,同時這個傳送帶又是在向後運行,在這種情況下,當傳送帶向後運行的速度超過了這個人向前奔跑的速度時,這個人就永遠都到不了終點。

而那些近一點的恒星所發出的光線,也會因為宇宙膨脹的原因而發生紅移現象(波長變長、頻率降低),當這些光線到達地球時,早已經不在可見光的波長范圍了。

也就是說,在宇宙中只有很少一部分的恒星能夠給我們提供光明,但遺憾的是,宇宙中的恒星密度並不是想象中的那樣密密麻麻,事實上,宇宙中的恒星通常都相距非常非常遙遠,比如說離我們太陽最近的恒星——比鄰星,它與太陽的距離也有4.22光年。

這樣的距離,即使以光的速度都要跑4.22年才可以到達,恒星之間的遙遠就可想而知。顯而易見的是,如此稀疏的星光最多只能用來當作晴朗夜空下的點綴,而想依靠它們來讓我們的世界大放光明,那就是根本不可能的事情了。

綜上所述,雖然宇宙中的恒星多得難以計算,但是在巨大的宇宙空間裡,它們發出的光和熱被極大地稀釋了,再加上宇宙本身又在膨脹,所以現在我們看到的宇宙才會如此冰冷和黑暗。

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