北京時間 9 月 14 日消息，據(jù)國外媒體報道，人類世界沐浴在“光明”之中。每一秒鐘，有 10 萬億個光子從太陽 —— 一座天然的巨型熱核反應堆 —— 的外層快速到達地球的白晝面，覆蓋每一寸表面。在宇宙的開放空間中，光子幾乎可以說無處不在，并且向四面八方永無休止地運動著。其中一些光子是 130 億年前宇宙大爆炸時產(chǎn)生的微波殘留，另一些則是遙遠恒星和散布在宇宙中的無數(shù)天體物理事件產(chǎn)生的光子。
我們還沐浴在局部的人為電磁輻射中。我們自己溫暖且充滿水分的身體就是強大的紅外信標。在我們體內(nèi)，奇特的化學代謝以熱量的形式釋放能量，將光子輻射到環(huán)境中。如果戴上對電磁波譜中紅外波長敏感的眼鏡，你會發(fā)現(xiàn)一個明亮的世界：不僅能看到自己發(fā)出的光，還能看到你的狗、貓、寵物鸚鵡等發(fā)出的光，甚至那些瘋狂拍打翅膀的昆蟲也會發(fā)光，盡管它們的肌肉很微小。
然而，如果我們放眼宇宙，可能會發(fā)現(xiàn)這種“光飽和”的狀態(tài)有點不尋常。每當太陽落山，天空變暗的時候，我們眼前就會出現(xiàn)關(guān)于這一事實的一大線索。如果我們生活在一個無限且穩(wěn)恒態(tài)的宇宙中，那么在我們觀察的每個方向上，都應該有很多由恒星組成的星系；換言之，宇宙時空中均勻分布著無數(shù)的發(fā)光星體，而且由于發(fā)光體的照度與距離的平方成反比，而一定距離上球殼內(nèi)的發(fā)光體數(shù)量與距離的平方成正比，因此黑夜的天空應當是無限明亮的。
這就是宇宙學中的“奧伯斯佯謬”，得名于德國天文學家海因里希?奧伯斯在 1823 年的研究。盡管奧伯斯在用數(shù)學方法描述這一謎題方面做得很不錯，但他自己卻沒能給出很好的答案，來解釋為什么天球大部分時間都是黑暗的。對于奧伯斯佯謬，第一個在科學上給出合理解釋的是美國詩人兼作家埃德加?艾倫?坡，他在 1848 年定性地提出，宇宙可能只是還沒有老到足以讓天空充滿光。他認為，宇宙可能在空間上是無限的，但還沒有足夠的時間使恒星的光線 —— 以光速傳播 —— 到達空間中最遠的地方。
對奧伯斯佯謬的現(xiàn)代解釋包含了一些很微妙的描述，但從根本上，這些描述主要歸結(jié)于這樣一個事實：我們并非生活在一個無窮無盡且一成不變的宇宙中。宇宙不僅年齡是有限的，還具有復雜的恒星形成歷史（這些恒星的壽命也是有限的），而且宇宙正在經(jīng)歷的膨脹過程稀釋了從遙遠空間到達地球的光線強度。因此，在我們的眼睛看來，天球并不是均勻明亮的；與我們的日常環(huán)境相比，大部分的宇宙都缺乏光子。
不過，故事并沒有就此結(jié)束，因為恒星的歷史中有一些奇怪的曲折，與恒星最初形成的實際過程有關(guān)。盡管我們對單個恒星或恒星群形成時的基本物理驅(qū)動因素和過程 —— 從星際物質(zhì)因引力而凝聚在一起到最終的崩塌 —— 有了相當深厚的了解（雖然還不夠完善），但對于宇宙中所有星系中恒星總數(shù)量的問題，科學界似乎還沒有確切的認知。
過去 30 年來的研究表明，宇宙中恒星的形成在大約 100 億到 110 億年前達到一個持續(xù)了相當時間的活躍高峰。自那個時代之后，雖然肯定有新的恒星在不斷產(chǎn)生，但產(chǎn)生的速度已大大降低。以至于宇宙中可能形成的恒星中絕大多數(shù) —— 大約 95%—— 已經(jīng)形成了。未來是新生恒星數(shù)量不斷減少的時代，隨著星系合并或其他觸發(fā)事件的發(fā)生，這些新生恒星偶爾會出現(xiàn)短暫波動。
然而，還有另一個懸而未決的難題。究竟是什么限制了宇宙已經(jīng)產(chǎn)生和將會產(chǎn)生的恒星數(shù)量？長期以來，這個問題一直是天體物理學們激烈爭論的課題之一，尤其是與單個星系的恒星組成有密切的關(guān)系。例如，我們當前的宇宙范式（或至少是大多數(shù)科學家認可的范式）是我們生活在一個由暗物質(zhì)主導的宇宙中，而在一個暗物質(zhì)宇宙中，最大的星系應該都是最近形成的。在引力驅(qū)動下，不同規(guī)模的小型系統(tǒng)合并形成了這些星系。但是，如果你審視那些質(zhì)量非常巨大的星系，會發(fā)現(xiàn)它們往往由更老的恒星組成，這表明它們已經(jīng)在“老態(tài)龍鐘”的狀態(tài)下存在了很長時間。
為了解釋這一點，天文學家提出了“猝滅”（quenching）的概念，即某些事物或過程會抑制或阻止星系中新恒星的形成?？梢韵嘁?，在如此巨大的尺度上，你需要一個極其強大的機制來實現(xiàn)“猝滅”。其中，最為合理的候選者便是超大質(zhì)量黑洞，這些存在于大多數(shù)星系核心的“怪物級”黑洞在吞噬物質(zhì)時，會釋放出大量的光子和粒子，充滿其周圍的空間。這種向外的能量轉(zhuǎn)移可以輕松地將星際氣體吹走，否則這些氣體就會冷卻并聚集形成新的恒星。
關(guān)于這一過程的具體細節(jié)，科學家還沒有完全了解。不過，一些新的線索表明，超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量似乎與它們所在星系中的恒星質(zhì)量有關(guān)。這是相當令人震驚的發(fā)現(xiàn)，因為即使是一個質(zhì)量為太陽 10 億倍的超大質(zhì)量黑洞，其體積也只相當于我們的太陽系。因此，就算是一個跨越數(shù)萬光年的星系，其恒星數(shù)量可能實際與它中心那個極其微小的點密切相關(guān)。
一種解釋是，宇宙中存在一種脈沖反饋系統(tǒng)。如果黑洞是通過吞噬流入的星際物質(zhì) —— 新的恒星也由這些星際物質(zhì)組成 —— 來實現(xiàn)成長，那么在吞噬過程中，可能就會觸發(fā)釋放能量的洪流，同時將星際物質(zhì)推開，在整個星系中“猝滅”恒星的形成，從而使黑洞的質(zhì)量與恒星的總數(shù)在整個星系歷史中保持同步增長。
這就是黑洞最奇怪的特征之一。在某種意義上，黑洞就像是宇宙中的“單行道”—— 空間和時間在黑洞的內(nèi)部扭曲，一切事物在進入事件視界之后就不可能再逃出去。另一方面，黑洞也可以為可觀測宇宙中一些最明亮、影響最深遠的現(xiàn)象提供動力。這些現(xiàn)象反過來又可能在“猝滅”過程中發(fā)揮作用，從而極大地限制了宇宙中恒星的數(shù)量，進而減緩了宇宙中光的積累。有句老話說，沒有黑暗就沒有光明；對于宇宙，我們也可以很有依據(jù)地說，沒有光明就沒有黑暗。
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