中科大少年班物理复试题

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论证:奥伯斯佯谬。


奥伯斯佯谬Olbers' Paradox)是由德国天文学家奥伯斯于1823年提出,于1826年修订,指若宇宙是稳恒态而且无限的,则晚上应该是光亮而不是黑暗的。


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假如宇宙是稳恒态而无限,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。 更确切的表述是,如果宇宙是稳恒,无限大,时空平直的,其中均匀分布着同样的发光体,由于发光体的照度与距离的平方成反比,而一定距离上球壳内的发光体数目和距离的平方成正比,这样就使得距地球距离──全部发光体的照度的积分不收敛,黑夜的天空应当是无限亮的。

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在宇宙为稳态且无穷大,恒星都均匀分布其中的假设下,宇宙中有无穷多个发光星体,理论上足以将夜空照亮至比上图亮上许多的程度。但事实上我们见到的夜空反而如下图所示,除了较明亮的星体外近乎一片漆黑。


假设恒星的数密度为n,则在距离为r + dr 的球壳内恒星的数目为:
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其中dr 为球壳厚度

每颗恒星的光度为L,则在地球上接收到的壳层内一颗恒星的辐射流量为

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那么宇宙中所有恒星照射到地球上的辐射应该从0到∞处积分,则总辐射流量为

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也就意味着地球上接收到的星光是无穷大的!


奥伯斯认为宇宙可能存在某种“尘埃”

那么这种尘埃会吸收星光使得温度上升,温度上升后又会再辐射,因此在任何时候接收到的星光流量和太阳流量一样。


现代宇宙学的解释

1、每颗恒星仅在有限的时间内产生辐射

2、宇宙的年龄不是无限的,遥远恒星的光子至今仍未到达地球

3、我们只可能观测到宇宙视界内(天体退行速度达到光速处)的宇宙辐射

4、由于宇宙在膨胀,星系在离我们远去,发出的光子发生红移。



发布于 2024-04-18 11:06

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