在过去,土地主要用来种植粮食,亩产量大概只有现在的三分之一。只有极少的土地,会用于种植花生、大豆、棉花、菜籽等可以榨油的作物。所以,在那个时候,晚上点油灯照明,对大部分普通家庭,都是一件奢侈的事情。小时候,我们几兄弟共用一盏煤油灯做作业,灯芯稍微抽长一点点,灯焰稍微大一点点,都会遭致父母心疼的责骂。从那个年代过来的人,才能深刻体会到“知府添灯油”,为什么会被百姓千古传唱。
提到黑夜,今天我们来探讨一个看似简单却极深奥的话题:
夜为什么是黑的?
也许,你会觉得这是一个无聊的问题。就像是黑色的木炭,是明摆着的事实。
是的,开始我也认为这个问题平淡无奇。
然而,它却是大名鼎鼎的“奥伯斯佯谬”,里面潜藏着“时间有没有一个开端”、“宇宙有没有边界”、“物质会不会消灭”等重大问题。
是吗,夜是黑的,不就因为太阳落山,星星和月亮被云层遮挡的缘故?
在远古时代,你这样的回答,会被认为是对的,一点疑问都没有。
在古人看来,天是圆的,地是方的,天上只有一个太阳,一个月亮,还有许多作为装饰品的星星。
古希腊天文学家托勒密提出“地心说”,认为宇宙是一个有限的球体,分为天地两层,地球位于宇宙中心,日月星辰围绕地球运行。地球之外有9个等距天层,由里到外依次为:月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天,此外空无一物。
相比“天圆地方说”,“地心说”更精致,能更好地解释日月星辰围绕地球循环往复的运动。所以,云层遮挡月亮星星,夜就是黑的。
“地心说”虽然精美,但现在连小学生都知道它是错的。
历经漫长的1300年后,即16世纪,波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”,认为太阳才是宇宙的中心,而不是地球。
“日心说”比“地心说”更进步,但云层遮挡月亮星星,夜仍然是黑的。
“天圆地方”、“地心说”和“日心说”都有一个共同的观念:宇宙是有限的存在。
宇宙是有限的,里面的发光体必然是有限的。夜里没有月亮和星星,必然是一片黑暗。
不久,人们发现太阳也不是宇宙的中心,太阳不过是宇宙之中一颗普通的恒星。“日心说”破产,宇宙无限大且存在时间无限久的观念,进一步被强化。
自1608年荷兰米德尔堡眼镜师汉斯·李波尔(Hans Lippershey)创造出了世界上第一架望远镜后,人类对宇宙空间的观测越来越远,已经超过百亿光年。人们开始相信,宇宙恒古存在,在时间上没有起点也没有终点,在空间上无边无际。在中国古代就有“上下四方曰宇,往古来今曰宙”的说法。宇即是无限的空间,宙即是无限的时间。经典的哲学教材,对宇宙的定义就是这样。
宇宙存在的时间无限久,恒星存在的时间必然无限久;宇宙存在的空间无限大,恒星存在的数量必然无限多。
于是问题就来了:无论白天还是夜晚,天空都是光亮的。夜不仅是光亮的,而且应当是无限光亮的。
奥伯斯佯谬
理由如下:
假如宇宙在时间上存在已无限久远,那么,在无限大的空间里面,就有无数平均分布的发光星体。你望向天空,无论哪一位置,都应该能够见到无限多的发光星体。星与星之间不应该有黑暗的地方。地球的四面八方都有无限多的发光星体,夜空也就应当光亮如白昼。
有人可能还会辩解,太阳距离地球非常近,白天自然会十分光亮,其他恒星距离地球非常远,光线会被星云尘埃遮挡,到达地球会变弱,夜晚自然就是黑暗的。
根据热力学第一定律,能量永远守恒,只是以不同的形式进行转化。恒星中间的阻隔物,会因为被无限久、无限多的光辐射而变热发光,最后温度应当等于恒星表面的温度,导致天上有均匀的辐射,即天空和恒星一样亮。想象一下,地球四面八方都是无限多的发光星体,且星体的存在已经无限久远,不要说云层遮挡不住,就连宇宙之中的所有的尘埃,所有不发光的天体,因为经过无限久远、无限多的光照辐射,全都早就变成了发光体。
事实上,夜,的确是黑暗的。宇宙空间无限大且存在时间无限久远的观念,与观测事实不符,它最终被“黑夜”证明为谬误。
康德认为,宇宙在时间上有无开端、空间上有无极限的问题,是纯粹的二律背反(即逻辑矛盾)。他说:“如果宇宙没有开端,那么任何事件前都必有无限的时间,这是荒谬的!如果宇宙有一个开端,那么宇宙开端前是什么时间?如果宇宙空间大小有限,那么边界在哪里?宇宙之外又是什么?”
康德的疑问,也是我们的疑问。这些问题,经典物理学无法回答。
要解开这个疑惑,首先得搞清楚时间、空间和物质的关系。
在经典物理学中,时间、空间和物质,可以分开而独立存在。不管宇宙之中有没有物质,时间总是匀速向前流逝,空间就“空荡荡的”存在着。时间和空间,可以脱离物质而抽象地存在着。时间和空间,可以先于物质而存在,或者可以说是高于物质的存在。
后来,爱因斯坦的广义相对论认为,时间、空间和物质之间存在着紧密的联系,当物质的质量变大或运动速度变快,时间流逝的速度就会变慢,空间就会变得更弯曲。广义相对论告诉人们,脱离物质的、抽象的时间和空间,只是大脑中的幻象,在现实中并不存在。
随着量子论的创立和发展,人进一步认识到,时间和空间,不仅不可以先于物质而存在,而且还只是物质的基本属性。时间和空间,不再是高于物质的存在,人们的时空观念发生了革命式的颠覆。
人类的大脑里,除了根深蒂固的抽象时空观念,物质不灭的观念也是顽固不化。经典物理学和经典哲学都坚信,物质既不会凭空产生,也不会凭空消失。但是,量子真空涨落现象的发现,打破了“物质不灭”的神话。在微观量子尺度,虚空中会瞬间出现一对物质粒子和虚物质粒子,然后又瞬间成对消失。宏观世界里存在的卡西米尔效应,就证实了这一现象的存在。
真空不空,真空蕴藏着巨大的零点能。有科学家猜测,宇宙大爆炸的能量,可能来源于真空零点能,占可观测宇宙95%的暗能量和暗物质或许就是真空零点能产生的效应。
宇宙大爆炸产生的物质和能量,将会在宇宙大坍缩或宇宙大撕裂中归零。宇宙大爆炸理论,因为有了宇宙微波背景辐射和红移现象的证据支持,得到了很多科学家的支持。宇宙大爆炸理论,说明宇宙有一个开端,我们的可观测宇宙是一个有限的存在,回答了“黑夜为什么是黑的”这个问题。如果有人坚持要问宇宙大爆炸之前的时间是什么,科学家只能回答:你所说的那个时间,是抽象的时间,在物理学上没有讨论的意义。
在日常生活之中,很多我们司空见惯、习以为常的现象背后,其实隐藏着深奥的道理。读到“知府添灯油”的故事,不要停留在情绪感动的浅层面上,更不要去纠结这个历史故事的史料支撑。就像“愚公移山”、“夸父逐日”“精卫填海”之类的故事,没有人会去做考古研究找证据。以此来激励精神,去创造去思索,将更有意义。
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