“既然宇宙是真空的，為什麼不是透明的，而是一片黑暗呢？”

宇宙太空是真空的嗎？

古人云：四方上下謂之宇，往古來今謂之宙。這或許是古人對宇宙時空概念的最好理解，隨著科學的進步，尤其是宇宙學的不斷髮展，人類逐漸認識到宇宙是物質、時空、能量的統一體，而“真空”其實也是宇宙的一部分。

如上圖所示，這種圖片是1992年伽利略探測器在前往木星的旅途中拍攝的地月合影，太Sunny從圖片中地球的右側照射而來，在漆黑荒涼的太空背景中，誰能想到這顆“藍色彈珠”上充滿了生命呢。其實從這種圖片中我們至少可以看到兩點內容，既宇宙確實是黑暗的和Sunny可以穿越黑暗抵達地球。通常情況下，我們一般將太空理解為真空狀態，其實這種說法並不嚴謹，現代科學認為宇宙的平均物質密度大約2*10^-31克/立方厘米，這表明平均每立方米的太空空間中大約存在一個粒子，所以我們並不能將太空簡單的和真空畫上等號。

不僅太空不是空的，嚴格來說真空也不是空的，因為真空中還存在我們看不到的粒子與能量，量子理論認為真空中總是有成對的虛粒子與虛反粒子產生和湮滅，在這個過程中，總能量保持不變，這也是著名的海森堡不確定性原理所闡述的內容，當我們在真空中放置兩片平行的平坦金屬板，由於金屬板內外存在虛粒子數目差，它們之間會產生吸引壓力，這就是卡西米爾效應，它們都表明看起來空無一物的真空，其實是“熱鬧非凡”的。

雖然我們宇宙中的太空環境並非真正的空無一物，但是至少它是透明的，否則我們也就無法感受到太陽的溫暖和星光璀璨的夜空了，至於太空為什麼是透明的就比較簡單了，不管我們用望遠鏡觀測天體還是直接用肉眼去仰望星空，本質上都是接收電磁波的過程，當一個物體可以被可見光透過時我們可以認為這個物體是透明的，具有透明性質的物體不反射或者吸收全部的可見光，而太空由於非常接近真空環境且電磁波傳播不需要依靠介質，除非遇到天體或者大量星際塵埃的阻擋，各種天體發出的各個頻段的電磁波都能在無垠的太空中傳播到地球。同樣，既然太空是透明的，那為什麼宇宙還是一片黑暗呢？

奧伯斯佯謬與相關的解釋

在十九世紀，許多科學家相信我們的宇宙是結構穩定且無始無終的，而這種宇宙模型就會導致一種問題：我們知道宇宙中存在大量的恆星，如果宇宙處於恆穩態，那麼恆星發出的光線總有一天會照亮整個宇宙，那為什麼我們的夜晚還是漆黑一片呢？這就是奧伯斯佯謬。奧伯斯佯謬也被稱為夜黑佯謬或光度佯謬，該佯謬最早於1823年被德國天文學家奧伯斯提出，它認為如果恆穩態宇宙模型是正確的，那麼我們的夜晚應該是像白天一樣明亮而非一片漆黑。對於本題來說也是適用奧伯斯佯謬的，因為我們知道夜晚的黑暗來自於宇宙的黑暗。

奧伯斯佯謬提出後，奧伯斯本人也曾提出過相關的解釋，它認為夜空黑暗的原因可能和宇宙中天體與塵埃的遮擋效應有關，但這個解釋明顯是不怎麼靠譜的，因為在恆穩態宇宙模型中，根據能量守恆定律可知，遮擋恆星的物質隨著時間流逝也會逐漸被恆星加熱，以至於最終這些不發光的物質也會像恆星般炙熱，但現實明顯不是這樣的，至少我們的地球就是一個反駁的例子。

隨著科學理論的進步和天文觀測手段提高，科學家逐漸意識到我們的宇宙並非處於恆穩態，而是處於越來越大的膨脹狀態，這也是宇宙大爆炸理論所闡述的宇宙模型，該模型也對奧伯斯佯謬提出了科學的解釋。宇宙大爆炸模型認為，我們的宇宙並非處於恆穩態，在空間上我們的宇宙處於膨脹狀態，在時間上我們的宇宙有一個開始，該理論認為我們的宇宙誕生於138億年前的“奇點”大爆炸，大爆炸造成我們的宇宙迅速膨脹變大，而空間的膨脹也造成宇宙中的天體處於互相退離狀態，且天體距離我們越遠，其遠離我們的速度越快，這也是哈勃定律所闡述的內容，科學計算認為當天體與我們的距離超過一百四十億光年左右，其退離我們的速度將超過光速，而光的傳播速度是不會發生改變的。這也是奧伯斯佯謬的第一種解釋，既空間的超光速膨脹導致極遠處的星光永遠也無法照進我們的夜空。

但是一些較小範圍內的恆星為什麼依然無法照亮我們的夜空呢？造成這些現象的原因其實還和空間膨脹有關，由於空間膨脹造成大量的恆星退離我們，雖然這些恆星發出的電磁波可以抵達地球，但是由於多普勒效應這些恆星的電磁波波普將會向紅端移動，電磁波的波長被逐漸拉長，以至於合成光逐漸變成紅外線甚至無線電波，自然我們的宇宙也就變成漆黑一片了。

那麼在更小範圍內為什麼我們的宇宙還是黑暗的呢？比如我們的太陽系，在這些小範圍的宇宙空間中，基本上可以忽略光譜紅移效應，那為什麼太空依然是黑暗的呢？其實我們所看到的明亮的白天並非是太空的明亮，準確來說是大氣層的明亮，這是由於大氣層中各種物質對太Sunny的漫反射作用，而在太空中由於物質密度非常低，穿行在太空中的光線缺少反射物質，我們自然也就看不到太空的明亮。

總結

由上文可知，不管是太空還是真空都並非絕對的空無一物，在不考慮天體物質的遮擋作用下太空當然是透明的，雖然如此，但是由於空間膨脹和紅移效應，遠處的恆星依然無法照亮我們的宇宙，除了這個原因外，在小範圍的宇宙空間中，由於缺少物質來反射恆星發生的光線，因此我們看到的太空依然是漆黑一片。

1823年，德國天文學家海因裡希.奧伯斯（Heinrich Olbers）提出了著名的“奧伯斯佯謬”，他指出既然宇宙是無限的，並且還擁有無窮無盡的能夠發光的恆星，那麼我們無論向宇宙中的哪個地方看，都可以看到無數的星光彙集而來，因此宇宙應該是明亮的，但在我們眼中，夜晚的天空中除了月亮和星星以外，其他的地方全都是一片漆黑。

既然宇宙是真空的，為什麼不是透明的，而是一片黑暗呢？

可能有人會說，這個問題很簡單，因為雖然宇宙中有無窮無盡的恆星，但是這些恆星通常都離我們非常遙遠，以至於它們發出的光還沒有到達地球，就已經宇宙空間中的那些彌散狀態星際物質（如氣體、塵埃等）吸收殆盡，既然我們看不到這些光，那麼宇宙當然就是黑的了。

然而事情卻不是這麼簡單，這是因為這些星際物質並不是只吸收能量而不釋放能量，事實上，當諸如氣體和塵埃等星際物質吸收了能量之後，又會以電磁波的形式向外釋放能量，因此可以說，在宇宙無限和恆星數量無限的前提下，這些星際物質獲得的能量會不斷地累積，其輻射出的電磁波能量也會持續升高，在達到了足夠的強度以後，這些輻射還是會將宇宙變得明亮起來。

“奧伯斯佯謬”提出之後，科學家們給出了各種各樣的解釋，有說宇宙不是永恆的，有說宇宙空間不是有限的，還有說宇宙中的恆星數量不是無限的，然而這些都不能對“奧伯斯佯謬”作出完美的解釋。

事實上，直到1929年美國天文學家愛德文.哈勃（Edwin Hubble）發現了一個宇宙的大秘密——宇宙膨脹現象，“奧伯斯佯謬”才得到徹底的解決，也就是說，科學家用了100多年才找到這個問題的答案。

為什麼說宇宙膨脹導致了我們看到的宇宙是黑的呢？

根據哈勃定律，宇宙的膨脹速度會隨著距離的增加而變快，具體表現在每增加326萬光年的距離，宇宙膨脹的速度就會提高大約70公里/秒。需要注意的是，這個速度是可疊加的，這就意味著那些與我們距離非常遙遠的恆星，其因為宇宙膨脹而遠離我們的速度將會超過光速，正因為如此，它們發出的光線就永遠都到不了地球。

那些與地球距離相對較近一點的恆星所發出的光線，是可以到達地球的，但遺憾的是，由於宇宙膨脹的關係，它們其實也在做遠離我們的運動（只是沒有超過光速），在這種情況下，根據多普勒效應，它們發出的光線的波長將會不可避免地出現拉伸（即紅移），這會導致這些恆星的光線到達地球時，其波長早就在我們能看到的範圍（可見光）以外了，因此站在地球的視角上來看，這類恆星發出的光線也無法將宇宙照亮。

於是就只剩下那些距離更近的恆星才能夠給我們提供光明瞭，但這些恆星的數量其實並沒有想象中的那麼多，我們也沒有想象中的看得那麼遠，實際上我們人類的肉眼能夠看到的恆星，絕大多數都在下圖所示的那個小小的圓圈以內。

我們可以看到，雖然理論上來講宇宙是無限的，並且還擁有無窮無盡的能夠發光的恆星，但是由於宇宙膨脹的關係，位於可觀測宇宙之外的恆星所發出的光線永遠到不了地球，還有大量的恆星光線又因為紅移現象不會被我們感知的，而剩下的那一點點星光，就只能作為夜空中的點綴，根本就不可能幫助我們照亮宇宙，正是因為這些原因，在我們的眼中，宇宙就變成了一片黑暗。

首先，宇宙並不是真空的。

宇宙是空間與空間中一切物質的總稱，它包括了所有我們已知的恆星、行星、星雲、超新星爆炸後的碎片和塵埃、星際間氣體、中子星等等，可能還有黑洞等我們到現在還沒看到的物體和元素，還有一個重要的——它還包括整個空間。

既然宇宙中有這麼多東西，所以宇宙並不是真空的。

或許，你是想說宇宙中的空間是真空的，因為那裡沒有塵埃和空氣，所以它應該是透明的。

新的問題來了：宇宙間真的存在真空嗎？

我們透過超級望遠鏡可以看到幾億幾十億甚至上百億光年之外恆星閃耀的光芒，它們似乎沒有受到阻擋，所以我們覺得星際空間應該是真空，是沒有任何物質的真空。

然而事實上宇宙中幾乎不存在絕對的真空，無數顆恆星將它的光子和外層氣體吹散到星際空間、超新星爆炸也拋射了無數的塵埃和氣體、中子星與黑洞同時也將大量物質透過射線流射向太空

......

我們以為的真空中實際上充斥著各種各樣的物質，只不過相比於地球的大氣來說，星際間的物質十分稀少，有可能每立方米空間裡只有幾個原子，所以我們還是可以稱之為“真空”。

你或許覺得透明就是明亮，就像是你透過透明的窗戶玻璃看外面明亮的藍天。但換一個角度，如果在深夜，你的窗戶玻璃會被外邊的燈光照成白色嗎？如果那樣，你的玻璃便不是透明，而是一塊磨砂玻璃了吧？

現在你應該明白了：透明就是你看不見它。

星際間由於只存在極少的物質，所以它基本不反射或折射光線，正因為這些光線沒有受到嚴重的遮擋，所以我們才能看到幾十億光年以外的星星。

接下來一個問題，我們的大氣是透明的嗎？

並不是，我們大氣中有許多的氮氣分子、氧氣分子，還有一些其它氣體分子、水氣和塵埃，這些東西可以折射和反射太Sunny，所以我們白天看到的太空是明亮的，而在夜晚，大氣還是可以反射一些月光或其它的光線，所以我們的夜晚也不完全是黑暗的。

正因為大氣層並不完全透明，我們才有了光明的世界。

宇航員在月球上看太空則是另一番情景，即便是白天，他們看到的天空也是黑暗的，因為月球表面的大氣非常非常稀薄，光線在天空中沒有受到阻擋，它沒有照亮任何東西，我們自然就看不見它。

總結：

我們之所以看到宇宙空間是黑暗的，正是因為它足夠透明，這樣遙遠星球的光才能穿越幾十億光年的距離被我們看見。否則我們很難看到幾顆星星——就像你在大白天抬頭找星星一樣，除了明晃晃的太陽啥都看不到。

　　首先，宇宙空間並不是絕對真空的！除有形的天體外，宇宙空間還存在各類氣態物質和各類運動速度與方向均不同且不斷變化著的粒子，雖然其密度不是很均勻，平均密度也不是很大；

　　其次，宇宙空間大部是透明的，也就是電磁波是可以穿越的。因此，不能說宇宙空間是不透明的。只有區域性氣態物質密度比較大時（如星雲）才會對某些頻率段的光呈現出不透明特性；

　　再者，天空中一片黑暗不是因為不透明，而是因為光源不足和反射/散射、折射/透射或轉換/熱輻射作用介質密度過低，導致可見光強度非常微弱而呈現黑暗狀態。

　　

問題本身並沒有弄清楚“透明”和“黑暗”到底是什麼概念，到底是如何產生的？

浩瀚宇宙太空確實是透明的，當然這裡的透明是相對的，沒有絕對的透明，因為宇宙大部分都是真空，當然這裡的真空也是相對的，真空中存在極其少量的氣體和塵埃，幾乎可以忽略不計！

正因為宇宙是透明的，所以我們可以看見極其遙遠的天體，地球大氣層也是相對透明，不過大氣層仍舊會阻礙我們觀看遙遠天體，這也是為什麼超級望遠鏡在外太空觀看星空會更清晰！

同時，透明與黑暗並不矛盾，因為透明所以會黑暗！為什麼？

需要弄清楚我們為什麼能看到物體？因為物體反射光線進入我們眼睛被我們感知！而在太空裡幾乎是真空，沒有物體反射光線，當然是一片漆黑！

這也是為什麼未來星際旅行不可能用光線來照明，朝著飛船前方發射光線，我們根本看不到，因為沒有東西反射光線進去我們眼睛裡！我們在地球上可以用手電筒照明，就是因為地球大氣中有塵埃分子反射光線進入我們眼裡！

其實這個問題說反了，如果宇宙真是真空的，才會一片黑暗。現在沒有一片黑暗，正是因為宇宙不是真空的。

人的眼睛能夠看到物體，是因為光，有了光的照射，人的眼睛才能夠感光，得到物體的形象。

傳到人眼的光有兩種，一種是本身發光的物體，即光源之光。如太陽、恆星、燈光都是自身發光的光源，這些光源只要在人類眼睛的感知範圍，就能夠被看到。

還有一種是反射光，就是光源照射到其他的物體上，這個物體本身不發光，對光並不能完全吸收，就有一部分甚至大部分光被反射出來，這樣也會被人類眼睛所捕捉。

實際上，人類看到的事物絕大多數都是依靠反射光得到的。比如我們白天看到的房子、樹木、汽車、飛機、人狗貓雞等等，都是反射Sunny或者空氣的散射光而得到的。

而晚上看到的絕大多數星星都是恆星，它們都是自身發光的等離子體，這些光經歷了數年、數十年、數百年、數千年的傳播，來到了我們的視網膜，才被我們所看到。

我們看到的月亮、金星、木星、火星等天體，則是它們反射太Sunny，被我們所看到。

這樣說來，我們看到的宇宙並不是一片黑暗的吧？

如果你一定要說宇宙是一片黑暗的，那只有兩種原因，一種是你的視網膜出了問題，通俗的說就是瞎子；二種是睜開眼睛說瞎話。

如果說，在滿天繁星的背景上，是黑暗的深空，這點倒是有點道理的。

其實這些深空背景也不是完全黑暗的，只是對比較亮的日月星辰，就暗了若干數量級，在對比強烈情況下，人眼睛會發生錯覺，看到的背景就完全是黑黑的了。

我們宇宙充滿了星際塵埃和星際雲，這些星際物質是組成恆星的基本元素，在漫長的時間裡，這些星雲在自身引力作用下，終究會緊密的聚集坍縮，形成恆星。恆星演化到末期又會將大部分自身物質透過解體、大爆炸返回到太空，成為新的塵埃和星雲。

宇宙就是在這樣的生生不息中成長和老去，人類作為一個觀測者，只佔據了宇宙壽命的一小部分。

其實整個宇宙密度是很低的，宇宙一直在膨脹，因此密度會越來越低。密度越低，看起來就越黑暗。

而且在整個宇宙，密度是不均勻的，一些地方恆星密集，如星系和星系中心；一些地方天體很寥落，宇宙空曠，如星系邊緣和星系之間的空間。

道理在前面也說了，人眼看到東西是依靠光，真空的地方既沒有恆星自發的光源，又沒有能夠反射光的物質，當然就是一片黑暗的了。

但宇宙中沒有真正的真空，關於宇宙密度到底有多大，科學界有許多測算，有一種說法是宇宙密度為1x10^-28千克/立方米。

諾丁漢大學物理學家Tony Padilla提出了一種估計宇宙粒子總數的方法，他排除了輕子，只測算了重子。得出的結果是宇宙粒子總數為3.28x10^80個，也就是3.28億億億億億億億億億億個。

這是一個龐大的數字，然而即便如此，每立方米只放一個粒子，也還不夠填滿宇宙。也就是說，事實上，宇宙平均密度每立方米不足一個粒子。

粒子有多大？我們以氫原子來打比，一根繡花針頭上，就可以站立五萬億個氫原子！而且每個氫原子又是由一個電子、一個質子、一箇中子組成，質子和中子又都是由三個夸克組成。

人類的深空探測已經發現宇宙最空曠處密度每立方米只有1個粒子，這種地方雖然還不能算作真正真空，但已經是極度極度接近真空了。

在那麼空曠的地方，人類憑什麼能夠接受到那裡的光訊號呢？

因此在接近真空的廣袤太空，背景是黑暗的一點也不奇怪，如果真空中出現光明才詭異奇怪了，如果真的如此，我們的現代物理理論就全部需要改寫。

當然真空是透明的，因為什麼都沒有，當然透明。但透明並不等於光明。

我們的宇宙雖然蘊含著數萬億顆星系，並且每顆星系都蘊含著將近幾千億到幾萬億顆恆星，但是如果你去觀測深空，你會發現宇宙是黑色的。無數顆恆星釋放的光為何沒有照亮宇宙呢。實際上這和光的本質有關係。光在傳播的過程中，會經過折射反射以及被其他能量所吸收，因此你會發現為何太Sunny到達地球和到達冥王星時的能量是不同的！

正是因為如此，宇宙中雖然有很多恆星，並且釋放出很多的光，但是這些光大部分在還沒有到達一定程度的時候，就會徹底吸收了，已經不具備熱量和能量了。而宇宙太大了，大到無法想象的地步。宇宙的年齡為138億年，但是宇宙的直徑為930億光年。宇宙在以超光速膨脹，自始至終，宇宙誕生的第一道光直到現在，依然沒有到達宇宙的邊界區域。

同理也是相同的，雖然我們能夠透過星空看到幾百萬年前的光，但是這些光大部分是沒有能量的，它們經過了無數次的折射和反射最終到達了地球。而宇宙為何是黑的主要原因，其一就是宇宙太大了，其二就是光在傳播的過程中，它的能量被真空吸收了，到只有些光還沒傳播到一定程度徹底消失了。

首先說宇宙是真空的嗎？

不是。宇宙中充滿了物質和能量。顯眼的有星系，黯淡的有星雲（分子云），不可見的有星際物質。我們說太空是真空，只是一種近似的說法，事實上，在太陽系內的星際空間，平均每立方厘米有10個左右的原子，當然這已經遠比地球上能人工抽出來的“真空”更加“空”得多，但還不是真空。

為什麼不是透明的？

事實上，宇宙是透明的，否則我們怎麼看到遠方星系的光呢？目前人們看到最遠的星系是光行距133億光年，紅移值10.7，固有距離大概322億光年的MACS0647-JD星系。也就是說光暢通無阻的穿行了322億光年！這樣的宇宙不算透明，什麼東西叫透明？

不過在歷史上宇宙曾經是不透明的，比如在大爆炸之後38萬年之內，由於密集的帶電粒子的存在，光又是電磁波，其實質是電場和磁場的耦合，頻繁和帶電粒子發生力的作用，無法自由傳播。

另外呢，雖然宇宙整體上是透明的，但確實存在很多吸收光線的暗星雲和星際消光物質，他們會降低遠處星系的亮度，所以根據光度推算距離時不考慮消光效應就會估計得過大。

宇宙為什麼是一片黑暗？

1823年，德華人奧伯斯曾經提出過一個“奧伯斯佯謬”，是為了反駁當時靜態無限的宇宙模型。說如果我們的宇宙靜態且無限，那麼由於發光體的照度和數量都與距離的平方成反比，那麼對所有恆星的照度的積分將是發散的，也就是說我們的星空會亮如白晝。

但是事實上，首先我們的宇宙是膨脹的，也是有限的（從可觀測角度，也就是光線可到達角度），實際上我們能夠接收到的資訊也就是來自於大爆炸後38萬年的微波背景輻射，目前只有465億光年的直徑，並非是無限的，恆星也不是無限多，所以宇宙背景是黑暗的。

其次我們必須考慮宇宙中廣泛存在的消光物質，即使宇宙靜態無限，假如有足夠的宇宙塵埃遮擋和吸收光線，我們看到的宇宙就不會亮如白晝。

事實上，當你仰望星空，你會發現我們的宇宙光彩奪目，絕不黑暗。

誰說宇宙不是透明的，否則怎麼能看到太陽、月亮、星星，如果宇宙是不透明的，那就不可能觀察到百億光年外的河外星系.

只所以晚上看太空顯黑色，是因為宇宙太大太大…，能發光的恆星體積空間佔比太小.

地球上，白天的天空是亮的，這是因空氣分子能夠反射Sunny，宇宙本身是空蕩的，幾乎沒有能夠將光線反射進我們眼睛裡的物質，所以空間是黑暗的，即使太陽周圍也是漆黑一片。

宇宙是無限的，宇宙中的恆星也是無限的，無限的恆星分佈在無限的空間中，平均密度很小。無限的恆星發出無限的光，但光傳播的距離並不是無限的，所以真空空間中平均的光線量非常小，也就是真空就是黑暗的。