那裡的確有光，只是永遠不會抵達我們：《宇宙黎明》選摘（4）

稍早我們跟著19世紀以前學者的思路來解析夜空悖論，所有解釋都是建立在這個假設上：我們居住在一個無限遼闊的靜態宇宙。在這個假設下，不論是主張星光因為距離遙遠而黯淡，或者是星際物質吸收多餘的星光，推論都有重大缺陷，都無法有效解釋悖論。

現在，我們來考慮現行的大爆炸宇宙論。這個宇宙不再是靜態的，而是從某個時間起點開始，持續膨脹至今。我們將會看到，大爆炸的膨脹宇宙可以很合理地解釋夜空為何是黑暗的，說明奧伯斯悖論並不是真正的悖論。

首先，大爆炸的宇宙有時間上的起源，意味著宇宙的年齡有限的，目前學界普遍採用的數值是138億年。又因為光的傳遞需要時間，所以我們能接收到的光，只能是宇宙有限年齡之內足以傳來的範圍。我們不可能像迪格斯所想的那樣，接收到無限遠處的光。如緒論所述，宇宙中只有部分區域內發出的光有機會傳到我們眼前，這個範圍稱為「可觀測宇宙」，並不包含整個宇宙的範圍。

目前所知，可觀測宇宙的半徑大約是465億光年。現在我們再次解釋一個常見的困惑：既然光走一年的距離是一光年，那麼目前宇宙年齡138億年，可觀測宇宙的半徑怎麼能夠超過138億光年呢？答案是因為宇宙持續在膨脹。假使某道光沿途花了138億年傳遞到我們眼前，光子本身走過的距離的確是138億光年。但是，光子經過的所有地方，都持續不停在膨脹，所以光子在早期行經的軌跡，早已明顯被拉長了。因此，對於一道傳遞約138億年而抵達我們面前的光，我們現在與光源的距離已膨脹至約465億光年，這就是可觀測宇宙的涵義。

重點在於，由於宇宙的年齡是有限的，所以可觀測宇宙是有限的。只有在半徑465億光年之內的光已經抵達我們，不會有無限多的星光傳遞到我們眼前。如此一來，夜空中不可能會有無限多的星光。

不僅如此，宇宙高速的膨脹使得遙遠的光更難追趕過來。根據近年的研究，宇宙不只在膨脹，甚至是在加速膨脹，因此遙遠星系遠離我們的速度非常快。距離我們大約144億光年以上的星系，目前都是以超光速遠離我們。於是，遙遠星系發出的光，雖然試圖向我們高速奔馳而來，但是宇宙中的空間卻是超光速膨脹，使得那些光永遠追趕不上宇宙膨脹。這就好比光子每前進了一步，空間距離就多了兩步，導致光子永遠無法抵達目的地。

根據現行的宇宙學模型推算，距離我們160億光年處是事件視界（event horizon），意思是說，比這個距離更遙遠的星系，此時此刻發出的光永遠無法傳到我們眼前。假如宇宙膨脹繼續加速，而非在未來煞車減速，則事件視界外的星系所發出的光，始終無法追趕上宇宙膨脹超光速的速度，我們將永遠看不到這些星系發出的光。 （相關報導： 哈伯定律─距離越遠的星系，以越快的速度遠離我們：《宇宙黎明》選摘（3） ｜ 更多文章 ）

如果你聽過一點相對論，你也許會問：現代物理學說，沒有任何東西以超過光速移動，否則會違反因果律，那麼宇宙為何能夠超光速膨脹呢？事實上，所謂不能超過光速，是指時空中「資訊傳遞」的速度，例如粒子的移動速度不能超過光速。宇宙膨脹的速度，並不是在時空中傳遞任何資訊的速度，而是時空本身被創造出來的速度。宇宙以超光速膨脹，反而會使資訊傳遞的兩端拉得很遠，導致資訊更難傳遞，並不會造成資訊傳遞超過光速而違反因果律。

現在，我們再看一遍哲學家阿岡本的隱喻：「遙遠的星系以巨大的速度遠離我們，因此，它們發出的光也就無法抵達地球。我們感知到的天空的黑暗，就是這種儘管奔我們而來但無法抵達我們的光，因為發光的星系以超光速離我們遠去。」以這段話來回答夜空悖論，也許還不夠完整，因為並無提及宇宙的有限年齡造成有限的可觀測宇宙。不過，超光速膨脹的確大幅影響宇宙中光的傳遞，讓我們永遠無法看見某些角落傳出來的光。物理的宇宙中，的確存在無數「奔我們而來但無法抵達我們的光」。當然，更重要的是這段隱喻背後深遠的哲學思索，以宇宙的隱喻號召我們努力感知黑暗中無法抵達的光。

宇宙膨脹還有另一個效應，使得我們不會看見遙遠的星光，那就是我們反覆提到的「紅移」。遙遠的光傳來的過程中，宇宙膨脹早已把光拉長，遙遠星系的可見光已拉長成為紅外光，即使傳到我們面前，肉眼也無法看見。因此，天文學家為了探測遙遠星系，不惜重本，專門打造韋伯太空望遠鏡來觀測紅外光。宇宙紅移的效應，也可以幫助說明肉眼不會看見明亮的夜空。

當前的宇宙學很難預測未來，我們無法得知宇宙的未來會如何演變，走向怎樣的終極命運。但是，我們可以追溯過去、解釋現在，理解宇宙的本質。現在我們知道，在宇宙有限的歷史中，我們不會看見無限遠處的光。而且，目前有眾多遙遠星系正以超光速遠離我們，它們發出的光還沒抵達，或者永遠不會抵達我們眼前。此外，在宇宙紅移的效應下，遙遠星系傳來的光主要已不在可見光，為我們可見的夜空亮度貢獻不多。

當我們意識到宇宙是變動的，夜空悖論迎刃而解。夜空是黑暗的，就意味著宇宙的本質是變動的，我們並非居住在恆常不變的世界。過去的歷史一路演變至今，未來也將繼續改變。此時，當我們再次凝望夜空中的黑暗，我們知道那裡的光可能永遠不會抵達我們，但是我們也知道，那裡的確有光。 （相關報導： 哈伯定律─距離越遠的星系，以越快的速度遠離我們：《宇宙黎明》選摘（3） ｜ 更多文章 ）

＊作者歐柏昇，國立臺灣大學物理學系博士、歷史學系學士。現為中央研究院天文及天文物理研究所博士後研究學者、德國海德堡理論研究所訪問科學家，《科學月刊》編輯委員。本文選自作者新著《宇宙黎明》（允晨文化）