夜空為何那麼暗？連小學生都知道是因為太陽下山了；月亮又不是恆星，可以自己發光，而星星微弱的光芒也不足以照亮夜空，所以夜才那麼黑啊！嗯，你可能不會想到，這個看似簡單到近乎幼稚的問題，其實遠比表面看起來還要深奧。

是這樣子的，宇宙如果無限大，那麼無論往天空哪個方向望過去，應該至少都有一顆星星，也就是說整個夜空應該被密密麻麻的星星照亮才對啊？你或許會說距離太遠的星星過於黯淡，所以看不見。的確，照度與距離平方成反比，但相同視角內，越遠的星星也越多，數量與距離平方成正比，兩者的效應恰好彼此抵消，因此距離並不是問題。那麼夜幕為什麼不是整片泛著亮光呢？

這個疑問是今天生日的德國天文學家奧伯斯(Heinrich Olbers, 1758－1840)於1823年正式提出的，如今我們稱之為「奧伯斯悖論」。他自己對此提出一個解釋，認為是星際間充滿塵埃，阻擋了遠方的星光所致。但果真如此的話，星際塵埃恆久下來所吸收累積的輻射能，也早就發光發熱了，因此這也不是真正原因。

其實奧伯斯並不是第一位思考此問題的人。克卜勒在1610年就提出類似的疑問，而認為是宇宙大小有限；一百年後哈雷則認為是遙遠的星體太暗，但幾年後，瑞士天文學家迪·薛索(Jean-Philippe de Chéseaux)即計算出前面所說距離的兩種效應彼此抵消，否定了此一解釋。

也不能怪奧伯斯與諸多天文學大師被這問題打敗，因為「穩態宇宙」這個根深蒂固的觀點注定尋不著正確解釋。得等到1929年哈伯證實宇宙正在膨脹，而且宇宙背景輻射於1964年發現而證實大霹靂理論後，答案才終於揭曉。

宇宙並非無始無終，而是有年紀的。宇宙誕生於137億年前的大霹靂，但大霹靂並非像爆炸那樣物質飛離四散，而是空間膨脹將物質拉遠，看起來就像是星系快速飛離我們。根據哈伯定律，星系遠離我們而去的速度與它和我們的距離成正比，因此超過某個距離以外的星系，遠離我們的速度就會比光速還快(這並未違反相對論，因為這是空間膨脹的速度，不是星系本身在運動)。於是乎這些星系的光就永遠到不了地球，所以宇宙中只有部分恆星所發出的光會映入我們眼簾，有限的星星無法填滿整個夜空。

有趣的是，最早猜對答案的竟不是科學家，而是作家愛倫坡。他在1848年的詩作中就寫道：「……，我們只能假設那些看不見(星星)的背景距離如此遙遠，以至於彼處的光線仍無法到達我們這裡。」

愛因斯坦最為人稱道的廣義相對論，提出加速度與萬有引力的相等性和時空彎曲的概念，則發表於1916年。愛因斯坦假定重力不是一個力，而是在時空連續體中一個扭曲的場，而這個扭曲是由於質量存在造成的。這篇論文被認為是20世紀理論物理研究的最高峰。

愛因斯坦在寫下這方程式並用它來解我們的宇宙後發現，宇宙不是在膨漲就是在收縮，但他相信宇宙是亙古不變的，於是他修改他的場方程，在其中加入一個他所謂的宇宙常數Λ (cosmological constant)。

愛因斯坦在場方程式中添加宇宙學常數「Λ」， 這是出於愛因斯坦對靜態宇宙的哲學信念。在哈伯提出膨脹宇宙的天文觀測結果後，愛因斯坦放棄宇宙學常數，認為是他「一生中最大的錯誤」。目前天文學家發現宇宙處於加速膨漲的狀態，這個觀測結果讓宇宙學常數死而復生，認為雖然其值很小，但可能不為零。宇宙常數項的貢獻被認為與「黑暗能量」有關。

2011年的諾貝爾物理獎頒發給三位美國的科學家Saul Perlmutter、Brian Paul Schmidt及Adam Guy Riess，以表彰他們透過觀測遙距超新星而發現宇宙加速膨脹。

重力波(gravitational waves)是廣義相對論中一項必然的預言。重力波是時空曲率的擾動以行進波的形式向外傳遞。當質量極大的物體（如黑洞）移動時，周圍的時空會產生扭曲，而這扭曲會以光速、微小的波浪般在宇宙空間傳遞。 重力波相當微弱， 目前要確認重力輻射的存在性就已相當具有挑戰性，更不用說要研究它的細節。

之前對重力波存在的間接證據是1978年天文學家對脈衝星雙星系統PSR B1913+16的觀測。這系統被認為具有兩顆中子星，以極其緊密而快速的模式互相環繞對方。其並且呈現了漸進式旋近，旋近時率恰好是廣義相對論所預期的值。對於這樣的觀測，最簡單也幾乎是廣為接受的解釋為：廣義相對論對準確說明系統的重力輻射。

1993年的諾貝爾物理獎頒發給兩位美國的科學家Joseph Taylor 及Russell Hulse ，以表彰他們發現新一類脈衝星，該發現開發了研究重力的新的可能性 。

重力波的最新研究成果：美國國家科學基金會、美國加州理工學院、麻省理工學院及「雷射干涉儀重力波天文台」(Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory，LIGO)的研究人員周四在舉行記者會，宣佈他們利用探測器於2015年9月14日探測到2個來自於13億年前黑洞相撞的重力波信號。經詳5個月細分析後，於2016年2月11公布報告，首次直接偵測到愛因斯坦在100年前預言的重力波，完成廣義相對論實驗驗證的最後一塊拼圖，也為觀測宇宙提供新途徑。

這發現堪稱過去25年最重要的宇宙學成就，未來十年將深刻改變對宇宙的認識。科學家現在主要透過觀測無線電波、光等電磁波認識宇宙，電磁波在宇宙前進時卻會散射，令大量資訊遺失，重力波前進卻不受阻礙且保持完整，可提供全新了解宇宙途徑，尤其是極高質量密度的星體，如中子星和黑洞。艾倫指出，人們只知中子星的大小與一個城市差不多，但不知中子星的內部結構，而電磁波進入黑洞後就消失，唯有透過重力波可了解中子星與黑洞；重力波也將有助了解宇宙生成最初20萬年的狀況，光不能自由穿梭宇宙，但重力波可以，透過重力波，「我們將能看到宇宙最開始的樣貌。」

2017 年度諾貝爾物理學獎授予美國麻省理工學院教授雷納·韋斯（Rainer Weiss）、加州理工學院教授基普·索恩（Kip Stephen Thorne）和巴里·巴里什（Barry Clark Ba​​rish），以表彰他們構思和設計了雷射干涉儀重力波天文台 LIGO，並對直接探測重力波做出傑出貢獻。

感謝大大的分享 , 您寫得都看得懂 , 不會太深奧 , 感覺有趣多了 , 以前有買過時間簡史來看 , 但是看了後面 ,望了前面 . 簡潔易懂的科普文章 , 對我們這些門外漢來說 , 接受度比較高 .

費波南西 發表於 2018-10-11 18:39
感謝大大的分享 , 您寫得都看得懂 , 不會太深奧 , 感覺有趣多了 , 以前有買過時間簡史來看 , 但是看了後面  ...

好友，人類的科學史這麼長，在同一天發生的事情當然很多，我都盡量選擇和我們日常生活中有連結的事情。

人類對於星空的觀測有好幾千年的歷史，天文物理本來就是一個比較吸引人的題目，我是希望各位好友能夠多多和我討論，讓我有機會教學相長一下！

天文物理是門極其複雜的學科~進入門檻也非常的高
門外漢只能當奇聞趣談~看熱鬧罷了~實在無法置喙
當然好奇之心人皆有之~大家都希望科學家給我們個解答
如果宇宙不停膨脹~那它有邊界嗎~之外又是什麼呢?

好友的這個問題真是個大哉問！如果要問宇宙有沒有邊界或宇宙的外面是什麼，這就如同在問在大爆炸之前，時間是什麼，因為時間在大爆炸之前是沒有定義的。若真要問宇宙有沒有邊界，那答案應該是宇宙根本沒有邊界。

這聽起來有點不可思議：一個正在膨脹的宇宙，怎會沒有邊界？牛頓認為時間與空間是獨立於宇宙而存在的，而愛因思坦發現我們的宇宙是四維的，由三維空間加上一維時間構成的。物理學家最喜歡用膨脹中的氣球來類比宇宙膨脹。在氣球表面的星系，其實是靜止的，但隨著宇宙的膨脹，任兩個星系間的距離卻增加了。至於星系本身的大小則沒有增加。

一個很好的比喻是，想像你是一隻螞蟻，生活在一個膨脹中的氣球表面。你的世界是二維的；你只知道前後、左右這幾個方向而已，全然沒有「上」和「下」的觀念。螞蟻也會發現他們的宇宙是沒有邊界的，但他們不能夠想像它是如何膨脹的。所以問他們在宇宙邊緣會看見什麼也是沒有意義的，因為氣球表面根本就沒有邊界。同樣地，如果我們把這個二維氣球在三維空間中膨脹的比喻，套在我們的三維空間正在四維時空裡膨脹，就多少能夠明白我們的宇宙了。

人生就是因為未知與探索，而有趣、偉大的啊！如果像MIB3裡的天龍人葛芬(不是天龍國的人呦XD)，可以在多維空間宇宙穿梭，每個時空過去與未來、什麼都知道的話…那我應該會無聊到爆，想砍掉重練的吧XDDD

有趣!! 但不懂....

好深奧喔

外套很大件 發表於 2018-10-11 22:52
好深奧喔

那我需要檢討，科普寫到讓好友們看不懂

732 發表於 2018-10-11 23:04
那我需要檢討，科普寫到讓好友們看不懂

呵呵呵！閒聊本來就是創造話題而已嘛！不需要百分百完全懂的啦！
比如，酒吧男：妳知道夜空為何那麼暗嗎？
美妹：為何？
男：因為星星都沒有妳閃亮呀！…

其實用深海比喻會不會比較像
光線的前進
就像在我們往海裡打上一道光
你確定它是直線的嗎
又有多少光會到海底

再探向宇宙的時候
就像太陽一樣
一道光過來
空間的減緩 重力 引力的拉扯
塵埃的阻擋 甚至折射 擴散的光

再房間點一燭光
和足球場上點一燭光
光一直是光
是距離讓他從火光變亮點
是距離無法讓他被確定
那個亮點是如何產生的

最後海洋是會循環的
但也是有盡頭的
宇宙會不會也一樣
所有的一切都是提問
沒有完全正式的答案
或許沒有答案 一切只能說猜想
幾百年後會不會有人推翻
不得而知

jkjkjk110 發表於 2018-10-12 22:08
其實用深海比喻會不會比較像
光線的前進
就像在我們往海裡打上一道光

光在介質中行進和在真空中是不一樣的。

譬如說在光在水中行進，水會吸收光的能量，所以光無法行進到海底。

好友類比在房間點一燭光和足球場上點一燭光，是距離無法確定那個亮點是如何產生，其實距離在這裡根本不是個議題，因為光本身帶有能量，根據能量守恆定律，能量不能夠變多或變少，只能夠轉換成為另外一種形式的能量，所以在考慮並且排除了各種因素之下，當初才會有"夜空為何那麼暗"這個問題的產生。

至少現在這個問題可以用宇宙膨脹來解釋，至於宇宙有沒有循環，會不會停止膨脹而縮小，至少現在還沒有答案。