数不尽的星星

数不尽的星星

如果读者知道天文学家在多久之前就已经察觉这个悖论的存在，便会明白以下事实多么令人惊讶：直到1950年代，这个悖论才首度由来自德国不来梅19世纪的医生兼业余天文学家海因里希·威廉·奥伯斯正式提出，并以他的名字命名。在此之前，对这个问题感兴趣的天文学家可说是少之又少。

1952年，著名的澳洲裔英国宇宙学家赫曼·邦迪出版了一本极具影响力的教科书，书中首度使用“奥伯斯佯谬”一词。不过我们稍后将明白，这本书其实有张冠李戴之嫌。奥伯斯既不是第一个提出此一问题的人，他的解答也不具特别的原创性或启发性。早他一个世纪的埃德蒙多·哈雷已经叙述过，再早一个世纪的约翰尼斯·开普勒也在1610年提过。甚至连开普勒都不是第一个写下这个问题的人。为了了解整件事的始末，我们得回到1576年；哥白尼的巨著《天体运行论》（De Revolutionibus）发表数十年后，第一个英语译本在这年终于出现。

任何关于天文史的论述总是从相同的几个关键人物开始。首先登场的是公元2世纪的希腊人托勒密，虽然身为有史以来最重要的科学教科书之一《天文学大成》（Almagest）的作者，他却误以为太阳绕地球公转。他发展出以地球为中心的宇宙模型，并且被全世界天文学家奉为圭臬达1000多年之久。接下来是16世纪的波兰天才哥白尼，他推翻托勒密的“地心”学说，并将太阳与地球的位置对换，被尊为现代天文学的鼻祖。我们也不能遗漏伽利略，他是1609年史上第一位将望远镜指向天空的人，并且透过观测证实哥白尼“日心”模型的正确性：地球的确绕着太阳公转，与其他行星一样。

但是哥白尼的模型并不完全正确。他将地球从宇宙中心这个至高无上的位置移开的做法无误，却错在直接用太阳取而代之，并相信太阳系即是整个宇宙。《天体运行论》被认为是引发科学革命的重要著作之一，书中展示了一幅具有指标意义的太阳系示意图。该图正确地将地球置于太阳外围仅次于水星和金星的第三颗行星位置上，而月亮是天空中唯一绕地球公转的天体。往外接着是火星、木星和土星。到此为止都正确（土星以外的行星尚未被发现），可是接下来哥白尼做了一件很有趣的事，他将所有的恒星放在最外围绕太阳公转的同一个固定轨道上，使得太阳成为整个宇宙而非一个行星系统的中心。

我们现在当然知道，太阳并不在这个特殊的位置上。太阳事实上位于宇宙某个不起眼角落里平凡星系中的某个旋臂外侧。过去几个世纪以来，愈来愈详细精确的天文观测数据不但协助我们建立现代宇宙论，也让我们明白宇宙并没有中心，而且很有可能往四面八方一直延伸出去。然而，在望远镜发明之前就已提出日心学说的哥白尼并没有机会得到这些知识。

下一阶段的突破得靠英国的天文学家托马斯·迪格斯，他来自英国牛津附近一个沉闷的市集小镇瓦林福，算不上赫赫有名。他生于1546年，亦即哥白尼逝世后数年。他的父亲伦纳德·迪格斯也是科学家，被推崇为经纬仪的发明人。经纬仪是现今主要由测量师使用的一种仪器，用来精确量测水平与垂直角度。托马斯在1576年出版了由其父所著、广受欢迎的天文年鉴《永恒的预测》（A Prognostication Everlasting）的修订版，以附录的形式将新题材加入书中。这本书最重要的贡献在于首度将哥白尼的巨著译成英文。从现在的观点来看，一本内容数据并非来自哥白尼的天文书籍，竟然愿意将这个理论放在附录里，实在相当神奇。虽然托马斯·迪格斯出版了这个当时饱受争议的宇宙模型并加以提倡，但他所做的重要工作不只于此。我认为，他进一步改良这个理论为天文学发展所带来的贡献，与哥白尼不相上下，他却远不如哥白尼有名。

迪格斯修改了哥白尼著名的太阳系示意图，将原图中位于最外层的众多恒星从固定的单一圆形轨道上解放出来，散布到太阳系外广大无垠的太空中。他因此成为史上第一位提出无限大的宇宙包含无穷多星星的天文学家——不过古希腊哲学家德谟克利特曾经暗示过同一概念。

迪格斯的突破并非来自猜想。他受到一起发生于1572年的天文事件启发，产生新的宇宙观。正如当时全世界的其他天文学家一样，对于天空中突然冒出的明亮新星他也目瞪口呆。现今的我们知道这种偶发事件是超新星爆发：当恒星来到生命终点，用尽所有核燃料之后，自身重力使星体急剧坍缩；这个过程引发冲击波并向外传递，导致星体外层物质被猛烈炸向外层空间，同时伴随最后一次极为剧烈的能量释放。事实上，爆发时所释出的能量之高，其亮度甚至会短暂地超越整个星系。这些天体物理学的概念在16世纪时尚未明朗。当时普遍认为，月亮轨道之外的宇宙结构是稳定而恒常不变的，如果夜空中突然短暂出现明亮星体，随即再度变暗，它一定非常接近地球，而且必然在月球轨道以内。

迪格斯是当时少数算出1572年超新星势必出现在距离地球极远处的天文学家之一，其他还包括大名鼎鼎的第谷·布拉赫。由于超新星的位置相对于其他恒星并未逐日改变 （也就是所谓的“视差”现象），天文学家被迫推论，它必定比月亮或其他行星更为遥远。局势变得十分令人费解——天空中突然出现一颗新天体，而我们却搞不清楚它打从何处来。这个被称为“新星”的出现令迪格斯得到一个结论：恒星与我们之间的距离不见得都相同；也许（虽然现今显而易见）较亮的星离我们较近，较暗的星较远。[1]这在当时是一个革命性的想法。

当迪格斯看着无垠太空中数不尽的星星思索时，无可避免地想到以下的重大问题：为什么夜晚的天空是暗的？对他来说，这算不上什么悖论。他直接假设由于遥远的星星过于昏暗，对于夜空的亮度并没有任何贡献。

迪格斯并没有考虑到某个至关重要的数学计算，该计算足以揭露他对于黑暗夜空的错误推论，不过这一点的厘清已经是更后来的事了。开普勒在1610年重新检视这个问题，并认为夜晚之所以变暗，是因为宇宙的大小有限。星星之间的黑暗区域其实是包围着宇宙的外围幽暗空间。开普勒之后100年，另一位英国天文学家哈雷再度思索这个问题，他得到的结论支持迪格斯的解答：宇宙无穷大，但是遥远的星体太暗，以至于我们看不到。

数年后，一位名为让·菲利普·罗伊·德谢梭的瑞士天文学家指出，迪格斯和哈雷的论点对于解开这个悖论毫无帮助。他透过简洁的几何计算证明：若以地球为中心，将周遭的太空依不同半径向外划分为若干同心球壳，像一层层的洋葱直到无穷远处，并且假设宇宙各处的星星亮度[2]平均而言相去不远（我们当然知道这与真实状况不尽相符，不过为了简化问题，这是个可接受的假设），那么虽然位于最内层球壳的星星看起来最亮，但由于较外层球壳面积较大，含有较多星星，总视觉亮度其实与内侧任何壳层相同。换句话说，为数较多但较远较暗的星星所贡献的亮度，与为数较少但较近较亮的星星一样。看来我们又回到问题的原点，开普勒的观点似乎成为唯一的合理解释：宇宙并非无穷大，否则夜晚的天空就不会是暗的。

下一位登场的人物是奥伯斯。在他1823年发表的一篇论文里，夜空为何黑暗的问题再度被提出。他知道根据德谢梭的计算，距离造成星光变暗并非正解。他另行提出假说指出，太空中可能充满星际尘与气体，挡住来自遥远星体（如今已知是星系）的光芒。

不过他没考虑到，如果时间够长，这些物质会不断吸收来自远处的星光，它们会慢慢被加热，到最后也会开始发光，而且亮度会与它们所遮住的星体（或星系）相同。

不论如何，当时几乎没有其他天文学家注意到奥伯斯提出的问题及解答，直到19世纪末为止。我们可以原谅奥伯斯所犯的错误。各位读者想想，当时天文学家不但不清楚宇宙的范围有多大，他们手上甚至没有明确的证据显示恒星聚集成星系，而我们的银河系只是广大宇宙中数十亿个星系之一。这种情况将会在20世纪的头十年改变，因为有一位科学家对时间与空间的本质提出崭新的科学观点。