问题

光速每秒约 30 万公里,为什么夜晚站在空旷的田野四周还是一片漆黑?

回答
这真是个好问题,也道出了我们日常生活中一个有趣的悖论。我们知道光速快得惊人,能在极短的时间内横跨宇宙,为什么到了晚上,放眼望去,四周依然是一片漆黑呢?这其中的奥秘,其实涉及到几个关键的知识点,我们一点点来拆解。

首先,我们要明白“光速每秒约 30 万公里”这个事实本身。这个数字有多快呢?简单来说,光从地球跑到月球,只需要不到两秒钟。它绕着地球跑一圈,大概只需要七分之一秒。这个速度,在我们日常生活中简直是难以想象的快。如果你早上从北京出发,坐上火箭以接近光速的速度往西飞,第二天早上你就能回到北京,而且你会发现地球上的时钟只过去了几个小时。这足以说明光传播的速度是多么的惊人。

那么,为什么我们晚上还是觉得一片漆黑呢?问题不在于光速慢,而在于我们能“看到”的光,以及这些光的来源。

1. 我们看到的“光”是哪里来的?

我们在白天看到的景象,绝大多数是因为太阳光。太阳是一个巨大的核聚变反应堆,它持续不断地向四面八方辐射出大量的光和热。这些光以接近每秒30万公里的速度传播,经过大约8分钟的时间,到达地球。然后,这些光照射到我们周围的一切物体上——树木、房屋、地面、空气中的尘埃等等。

当太阳光照射到这些物体上时,物体会吸收一部分光,同时也会将另一部分光反射出来。我们之所以能看到这些物体,就是因为我们眼睛接收到了它们反射出来的光。如果没有太阳光,这些物体本身不会发光,它们就像一块块黑色的幕布,即使有光速的飞船在它们身边掠过,我们也看不见它们,因为没有光能从它们身上反射出来进入我们的眼睛。

2. 夜晚发生了什么?

到了晚上,我们所在的地球会旋转,使得我们面向太阳的那一面背离了太阳。换句话说,我们所在的区域进入了“阴影”。太阳光就被地球自身挡住了,再也无法直接照射到我们这里。

没有了太阳这个“大灯泡”,地面上的物体就没有了光源来照射它们,自然也就不会反射出光来进入我们的眼睛。所以,我们看到的地面,就像是关掉了灯的房间一样,是一片漆黑。

3. 光速与“看不见”不矛盾

你可能会说,那为什么还有星星呢?星星是离我们非常遥远的恒星,它们本身也在发光,就像小型的太阳一样。我们晚上看到的星星的光,也是以光速传播过来的。只不过,这些星星离我们实在是太远了,它们的距离是以“光年”来计算的。一光年,就是光在一年时间内传播的距离,大约是9.46万亿公里!

即使是离我们最近的恒星——比邻星,距离我们也有4.24光年。这意味着,我们现在看到的比邻星的光,是它在4.24年前发出的。

所以,夜晚的漆黑并不是因为光速慢,而是因为在没有太阳的直接照射下,地面上的物体本身不发光,也没有来自遥远星星的光能够充足地照亮我们所在的这个区域。虽然有星光,但它们的光量非常微弱,而且来自四面八方,不足以让我们看清楚周围的地面物体。

4. 宇宙的尺度与我们感知的局限

我们之所以感觉夜晚漆黑,也是因为我们对“光”的感知是相对的。我们习惯了白天太阳光的强烈照射,而夜晚的星星发出的光,在我们看来就微不足道了。

打个比方,这就好像你在一个明亮的房间里看一支非常微弱的蜡烛,你几乎感觉不到它的存在。但如果你把它放在一个完全黑暗的房间里,它立刻就会显得非常明亮。夜晚的田野就像那个黑暗的房间,即使有微弱的星光,也无法与白天太阳光的强度相提并论,不足以照亮广阔的田野。

所以,光速虽然快到令人难以置信,但它只是一个传播的速度。要“看到”一个物体,还需要有光源去照射它,并且有光从它身上反射或发出,最终进入我们的眼睛。夜晚的漆黑,正是因为失去了最主要的光源——太阳,并且其他光源(如星星)的光量又不足以照亮我们所处的环境。

简单来说,夜晚的漆黑不是光速的问题,而是“灯”关掉了,而我们又没有足够强的备用灯来照亮整个世界。

网友意见

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奥伯斯佯谬:若宇宙是稳定,无限且时空平直的,而且有无数平均分布的发光星体,则无论望向天上哪一位置都应该见到一粒星体的表面,星与星之间便不应有黑暗的位置,黑夜时整个天都会是光亮的。

“如果宇宙是无限大”,

但很显然,宇宙不是。

用一个最简单的模型估算一下就知道了

假定恒星间的平均距离是5光年(约1.5亿光秒),假定恒星的平均直径10光秒(相当于太阳的2.3倍),前者的投影面积是后者的250万亿倍。

也就是说,宇宙半径至少在1250万亿光年以上,且整个宇宙中以5光年的间距充满了恒星,才可能实现“无论望向天上哪一位置都应该见到一粒星体的表面”。

而我们目前已知的可观测宇宙半径是465亿光年

从地球近地轨道环顾太空,恒星连0.01%的面积都没有填满呢。


另外,人类的视力不足以分辨绝大多数恒星的光亮。

人肉眼能看到的视星等是6,而太阳的视星等为-26.7,根据星等的计算公式:

dM=5xlg(d0/d)

人类能看清与太阳同规格恒星的距离只有约55光年

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恭喜题主!您发现了奥伯斯佯谬。

奥伯斯佯谬是由德国天文学家奥伯斯于1823年提出,该理论指出若宇宙是稳定,无限且时空平直的,而且有无数平均分布的发光星体,则无论望向天上哪一位置都应该见到一粒星体的表面,星与星之间便不应有黑暗的位置,黑夜时整个天都会是光亮的。


(应评论要求,此动图密恐警告)







但是该佯谬却和现实中观测到的——夜晚的天空是黑暗的并不符合,于是科学家们便提出对该佯谬的两种解释:

1.宇宙的年龄是有限的

这个解释指出有限速度的光要游遍宇宙的空间本身就是矛盾的,当我们遥望远处的空间,其实就是在回顾历史。最后,我们仍只能观察到有限年龄的宇宙。

2.红移

这个解释指出我们看不到远处的星光,是因为远处恒星因为宇宙膨胀而不断远离我们。因此其发出的光线也不断红移,已经超出了可见光波段到达了红外线乃至微波波段,人眼也就看不到了。

(此前这段宇宙微波背景辐射内容有误,宇宙微波背景辐射是大爆炸时代产生的,在此道歉)

有一些答主提到了宇宙中有障碍物,使宇宙并非透明,远处星光会被宇宙间黑暗的星体,尘埃和气体阻隔,令极远处的光线只可以传播一段有限的距离而不能到达地球。(这也是奥伯斯本人对该佯谬的解释)

然而这并不能解决问题,因为根据热力学第一定律,能量必定守恒,故此中间的阻隔物会变热而开始放出辐射,结果导致天上有均匀的辐射,温度应当等于发光体表面的温度,也即天空和星体一样亮,然而事实上没有观察到这种现象。

参考资料:zh.wikipedia.org/wiki/%




其实我看到这个题目描述的时候的确有理解到“全球各地的光为什么无法到达黑夜中的空旷平原?”这个意思。

但是转念一想又觉得题主不会这么蠢吧不知道地球是圆的......

所以如果题目的意思是为什么全球各地的光无法到达黑夜中空旷的平原,那么答案就是:

地球是一个近似球体,而光在均匀介质中沿直线传播。

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这个问题可以有确切的物理学解释,首次系统阐述这个问题的科学家叫海因里斯·奥伯斯。他提出的问题是:“夜空为何一片漆黑?”早期的假设有:宇宙的尺度有限,光传播越来越弱,恒星之间的光彼此遮挡,宇宙尘埃遮挡恒星的光等等。然而这许多都是错误的,在时间无限的假设下都无法成立。

首先光是直线传播,由于地球是球体,你无法观察到世界各地的光。然后站在宇宙角度探讨这个问题:

一、宇宙大爆炸

宇宙诞生于一次大爆炸。哈勃定律,宇宙轻元素丰度,微波背景辐射等观测数据都支持这个理论。故宇宙的时间、空间尺度是有限的。

二、宇宙膨胀

由于宇宙大爆炸后的膨胀,导致一些久远的天体在加速远离我们。由于多普勒效应,其发出的光不断红移,甚至有的根本无法传到地球,这导致了可观测宇宙存在边界(直径910亿光年)。

三、微波背景辐射

即便没有任何光源,也不是彻底漆黑。宇宙大爆炸最开始的光,以微波背景辐射的形式弥漫在宇宙,如果肉眼能看到,那自然不是一片漆黑。

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http://www.keyin.cn/news/sczc/201101/20-466341.shtml

国家每秒印制超过30000元,可为什么你站在家门口依旧是囊中羞涩一毛没有?


因为本来就半毛钱关系都没有。






题目明明是世界各地,结果大家一个劲的科普宇宙恒星,背景辐射。


可能不是一个世界吧,我的世界各地只有地球。各位大佬的世界各地包含了整个宇宙。


真的是好有意思。在座的各位看到世界各地这四个字,有人会想到宇宙吗?知乎真的是人才辈出的地方啊。


人家从世界各地跳跃到浩瀚宇宙那叫干货,好!


我从光速看见光到印钞速度赚到钱,就叫垃圾。


各位知乎小将,双标666。

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