《遮擋天黑》

地球擋住太陽照，

唯有月球近反光。

星星離你太遙遠，

太空無物黑茫茫。

因為宇宙1、空間的廣袤、2、恆星的渺小、也因為我們3、人類的侷限，所以我們在夜晚看到的是，漫天的星斗如寶石般鑲嵌在夜空當中。

宇宙這麼大，我當然無法在實驗室弄出來一個宇宙。但是我們可以在漆黑的夜晚，來到一個沒人的足球場來做這個實驗。

1.1、實驗條件：1、一個完全漆黑，沒有任何其它人造光源的足球場；2、若干防風蠟燭；3、打火機。

1.2、實驗過程：在足球場的四周點燃若干蠟燭，然後走向足球場的中心，邊走邊觀察燭光的變化。

1.3、實驗結果：

1.3.1、蠟燭點亮的瞬間，燭光一下子照亮了附近的空間，但隨著距離的增加，距離燭火越遠的地方越暗；

1.3.2、隨著距離燭光的距離越來越遠，我們看到的燭光的亮度越來越暗；

1.3.3、當我們距離足夠遠的時候，我們甚至看不到燭光了。

1.4、實驗分析：

1.4.1、蠟燭發射出來的光以火焰為中心，以球面向四周擴散；

1.4.2、在蠟燭附近，由於有地面的反射光，所以我們能在滌棉紗看到一小片以蠟燭為中心的圓形光斑；

1.4.3、當我們逐漸遠離燭火的時候，我們看到的燭光逐漸變暗；

1.4.4、當我們離燭火足夠遠的時候，燭光看不到了（亮度低於我們肉眼的識別能力）。

1.5、實驗推論：

1.5.1、宇宙的體積太大，而恆星的數量和所佔空間的比例太小

我們現在把實驗分析推廣到宇宙當中，從目前天文學觀測到的結果我們可以知道，其實宇宙中，恆星的體積和它所佔的空間的比，要遠遠比我們在操場上蠟燭所佔的空間比例。

1.5.2、恆星距離我們太遠，我們能看到的只是某個方向上發射的星光。

1.5.3、其它方向的光線不能進入我們的眼睛，我們在操場上點燃蠟燭能看到一個地面上的光斑，是因為有地面的反射。而星光發出後，宇宙中沒有背景物體來反射星光，所以我們看不到背景。

1.5.4、我們只能感知進入我們眼睛的光線，形成視覺。恆星的光線，以恆星為中心，成球形向宇宙中發出，但是，只有我們眼睛看過去的方向的光線才能被感知，其它方向的光不能進入我們的眼睛，我們當然就是“視而不見”的。

如果大家仰望過星空，當然了，現在的空氣條件下，我們很難看到銀河。但是，別人拍過的銀河照片總是看過的吧。

從照片上，我們能看到一條閃亮的光帶。這是由於，我們的太陽系位於銀河系的一個旋臂上。銀河是我們站在地球位置，看向銀河系中心的方向，是恆星最多的方向。

從銀河照片，我們可以得出結論，如果恆星足夠多，位置足夠近，相互位置在我們視線方向能重疊，我們也是可以看到一個很明亮的背景的。

可惜，當我們把目光放到銀河系之外的時候，其它方向並沒有那麼多，那麼密的恆星，我們自然也就看不到明亮的背景了。

小夥伴們，我們從前面這個實驗可得出我在本文開篇給出的答案，由於我們人類觀察點的侷限，也由於恆星相對於宇宙的尺度來說，還是太小了，宇宙更沒有給恆星發出的星光提供一個反射星光的背景，於是，我們只能看到一個漆黑的夜空中點綴的點點星光了。

很早就有學者在思考“為什麼夜晚的天空是黑暗的？”，你可能覺得這是一個再正常不過的現象了，這其實並不好解釋。我們可以來現象一下，如果宇宙是無限大的，那麼在宇宙中必然存在這無限多的恆星，也就是說有無限多的光源，它們的光總會找到地球上，那地球就應該不沒有黑夜和白天之分，而應該一直都是白天才對。

提出這個問題的學者叫做奧伯斯，這個問題就是著名的奧伯斯佯謬。聽起來好像很有道理的樣子，其實還真的難住他所在的時代的人。那這到底是咋回事呢？

其實，其實涉及到了三方面問題：

實際上，前兩個問題我們可以放在一起來看。首先，在150多年前，有個叫做麥克斯韋的科學家統一了電和磁，預言了電磁波的存在，而且光就是一種電磁波。

並且麥克斯韋的理論其實可以得到一個光速的表示式：c=1/ε0μ0。

可問題來了，這個ε0和μ0其實都是常數，也就是說光速c也是一個常數。這似乎蘊含著光速在任何慣性座標系下都是恆定不變的，但這和牛頓力學相互矛盾的。於是，科學家們就可以尋找光的傳播介質以此來解決這個問題。結果，他們全都失敗了。

我們現在知道，相對論就是建立在光速不變原理的假設之上的，這個光速不變原理指的就是光在任意慣性系下的速度都不變。這個光速的數值大概是3*10m/s。

所以，問題也就來了，如果光具有傳播速度的，因此走過一段距離是需要一定時間的。如果宇宙是永恆不變的，那由於宇宙是無限大的，有無限多的恆星，光總會跑到地球上，在這種情況下，那地球就應該是一天到晚都是白天才對。

所以，問題又來了，宇宙真的是永恆的麼？

上世紀初，愛因斯坦也認為宇宙是永恆的，於是，他在推匯出自己的廣義相對論重力場方程時，發現方程指向的是一個膨脹的宇宙，為了抵消這個膨脹效應，使得方程可以符合愛因斯坦所認為的永恆的宇宙，愛因斯坦往裡加了一個宇宙學常數。

後來，哈勃觀測到星系都在發生紅移，更深入的研究後科學家發現，星系紅移的本質是宇宙空間在隨著時間膨脹，如果我們倒推回去，那宇宙就應該起源於一個奇點。後來，科學家建立了宇宙大爆炸模型（一開始其實叫做核火球模型）。在這個理論中，宇宙起源於一次138億年前的大爆炸，從那之後宇宙開始膨脹，一直持續至今。

也就是說，宇宙並非是永恆的，而是一直在變化的。這就帶來一個問題，即使從宇宙大爆炸起開始傳播（實際上，光是從宇宙38萬歲時才開始傳播），光最多也就能傳播138億光年，加上宇宙空間的膨脹效應，光走過的路徑大概是461億光年。

也就是說，對於任意一個天體來說，如果用電磁波來觀測，他最多能觀測的距離是461億光年，當然，如果可以用上引力波，這個距離可以增加到465億光年，這是因為引力波子在宇宙大爆炸之初就開始傳播了。

所以，我們只能看到465億光年為半徑的天球內的星光，而這個區域內的天體數量其實是有限多的，而不是無限多的。所以，能傳播到地球的光也就是有限多的，這才使得夜晚天空是黑暗的。

上文是主要原因，接下來說一個次要的原因，其實宇宙中還存在著一些天體或者星光，我們肉眼壓根是看不到的，這是因為肉眼所能夠看到是可見光，它只是電磁波的一部分。

也就是說，由於我們看的不是全頻段的電磁波，導致我們錯過了很多“光”，如果你能看到全頻段的電磁波，那無論是白天還是黑夜，其實都要比現在亮一些。

最後，我們來總結一下，夜黑的天之所以是黑暗的，是因為宇宙並不是永恆的，宇宙起源於138億年前的一次大爆炸，之後一直處於膨脹狀態，而光也是有速度上限的，因此，地球上所能夠接收到最遙遠的光是461億光年外的天體發出的（在發出這光時其實並沒有那麼遠，只是宇宙在膨脹，現在它距離我們461億光年了）。其次，肉眼所能看到只是可見光，宇宙中的一些可見光之外的光，是肉眼看不到的。

為什麼除了少量星星在閃光，夜裡的天空是黑暗的？——如果同學們問的是貓頭鷹，它一定會給你報以一個安慰的笑容——傲慢的人類啊，因為你們瞎啊！

當然，如果你問的是螳螂蝦、鴿子等生物，它們的答案也會大同小異。

貓頭鷹的眼睛除了比同學們的眼睛都大之外，其視錐細胞也是人類的數十倍，這給它帶來了強大的夜視能力，以及超強的光敏性。

簡單的說，貓頭鷹的眼睛對光源的敏感度是人類的100倍。舉個例子對比一下，我們肉眼在晚上可以看到大約6000顆星星，而貓頭鷹君由於光敏度是人類的350倍左右，所以它大概可以看見整整1000000的顆星星！

沒有對比就沒有傷害，來個圖：

還有很多人餐桌的最愛——螳螂蝦（皮皮蝦）。

它擁有自然界最令人驚奇的視覺，它的眼睛不僅可以看到紫外線到紅外線範圍內的顏色，並且還能看到偏振光，同時，它還有12種顏色感受器；與之相對的是，人類眼睛只能感知3種，那麼螳螂蝦眼中的黑夜星空，將是怎樣的色彩斑斕，我都不敢下筆想象！

我們所指的看得到，其實就是用眼睛接受可見光。可見光只是電磁波的一個小小的頻段。而在這個小小的頻段裡面，不同頻率的電磁波，又在我們的眼中映射出不同的顏色。

而超出了這個波段，遇到過高或過低頻率的電磁波（紅外線等等）眼睛處理不了，大家就只能一個字——瞎。而白天的太陽，大部分的輻射，就集中在可見光波段，所以我們可以清晰愉快的欣賞風景；而晚上，太陽被地球本身擋住，人類就悲催了，主觀的感受就是天黑了，只剩點點星光——那是星系外遙遠的太陽。

人眼確實並非完美，它不但黑夜看不清，還經常出現許多低階的錯誤。

但它絕對不是廢物，這點請同學們認識清楚。

如果單單是以畫素為王，來選擇一臺超級相機，根本不需要昂貴的徠卡，人眼本身就是一臺超級相機——畫素高達5.76億！

但是光是畫素高，就無敵了嗎？

答案當然是否定的，如果將人眼硬體化，那麼只能等效於一臺50毫米焦距，光圈F4-F32可變，400萬畫素，感光度ISO50-ISO6400，鏡頭約等於3片3組，快門1/24的不停連續拍攝的相機。

雖然配置一般，但是勝在處理器超級強大——大腦處理逆天——也足夠各位使用了。

同學們就別糾結晚上看不到色彩斑斕的天空了，真這麼亮，你睡得著嗎！

夜空中的星星本質上是和太陽一樣的恆星，或者和地球一樣的行星，此外還有若干人造地球軌道衛星

然而不論是恆星行星還是衛星，它們本身都不可能“一閃一閃亮晶晶”，我們看到的“星光閃閃”不過是地球大氣擾動而已，也就是說假如地球沒有大氣層的話星星根本不可能“一閃一閃亮晶晶”

1823年，德國天文學家奧伯斯從當時的靜態宇宙模型出發提出了一個問題“如果我們的宇宙是靜態無限宇宙，那麼所有恆星的光應該都有充足的時間到達地球，換言之地球的夜晚應該和白天一樣明亮才對，但為什麼夜空確是黑色的呢？”

其實以現在的眼光來看，奧伯斯的問題根本算不上是一個問題，因為他所在年代的“靜態宇宙”早已被如今的“動態宇宙”所取代了，更具體來說就是因為宇宙大爆炸理論成為了有關宇宙的主流理論。

上個世紀20年代開始，美國天文學家埃德溫.哈勃陸續發現了一大批關於宇宙的新現象，其中關於星系紅移和藍移的研究讓他得出來“宇宙空間正在膨脹”這一重要結論，而該結論又強有力的支援了宇宙大爆炸理論。

在以空間膨脹為前提的動態宇宙中，遙遠恆星每時每刻都在遠離太陽系，因此它們發出的光也會因為距離不斷增加而迅速衰減，所以說地球夜空之所以是黑色的，就是因為遙遠恆星的光已經衰減的不可見，或者乾脆它們發出的光目前還沒到達地球。

在可以預見的未來，隨著宇宙空間的不斷膨脹與恆星壽命上限的來臨，地球夜空中的星星會一顆接一顆的熄滅，總有一天地球上的人類將再也見不到太陽系外的恆星。