當(dāng)我們仰望夜空，看到的是數(shù)不盡的繁星，基本上每一顆星星都是一個(gè)像太陽一樣的巨大核聚變火爐，時(shí)刻向外輻射著驚人的熱量。我們的銀河系擁有上千億顆恒星，而整個(gè)可觀測宇宙中又有數(shù)千億個(gè)星系。

面對(duì)如此海量的“發(fā)熱源”，宇宙應(yīng)該是一個(gè)溫暖甚至炎熱的地方。

然而科學(xué)家們通過精密的測量得出的結(jié)論卻與直覺大相徑庭：宇宙的平均溫度，約為-270.42攝氏度，僅比絕對(duì)零度的-273.15℃高出不到3度。

擁有無數(shù)恒星的宇宙，為何會(huì)如此極致地寒冷？

首先我們需要理清一個(gè)概念：科學(xué)家所說的“-270.42℃”這個(gè)“平均溫度”，測量的到底是什么？

它并非簡單地將所有恒星和星際物質(zhì)的溫度進(jìn)行平均，實(shí)際上這個(gè)溫度測量的是彌漫在整個(gè)宇宙空間中的一種背景輻射，宇宙微波背景，這被譽(yù)為“宇宙大爆炸留下的余暉”。

在宇宙誕生之初，它是一個(gè)密度和溫度都高到無法想象的奇點(diǎn)，大爆炸后宇宙迅速膨脹并冷卻，在大約38萬年后，宇宙的溫度降低到足以讓質(zhì)子和電子結(jié)合成中性原子。就在那一刻，原本被“鎖”在等離子體中的光子終于可以自由地在宇宙中穿行。

這批“創(chuàng)世之光”，就是我們今天探測到的宇宙微波背景，所以-270.42℃是這片古老光芒的“體溫”，是宇宙最本底的溫度。

即便我們知道了背景溫度的來源，問題依然存在：為什么無數(shù)恒星億萬年來持續(xù)不斷地加熱，都無法將這個(gè)“背景”的溫度提升上來呢？

因?yàn)槲覀兂３５凸烙钪娴摹翱諘纭背潭?，恒星看似密集，?shí)則相距遙遠(yuǎn)，離我們最近的恒星“比鄰星”，也遠(yuǎn)在4.2光年之外，想象一下在一個(gè)足球場上只放一粒沙子，然后將這個(gè)足球場放大到整個(gè)亞洲那么大，這差不多就是宇宙中物質(zhì)的平均密度。

熱量從恒星出發(fā)，以輻射（光和熱）的形式向四面八方傳播，根據(jù)平方反比定律，輻射的強(qiáng)度會(huì)隨著距離的平方而急劇衰減，當(dāng)一顆恒星的熱量傳播到數(shù)光年之外時(shí)，早已被稀釋得微乎其微，幾乎可以忽略不計(jì)，無數(shù)恒星的光和熱，就如同無數(shù)支微弱的蠟燭，試圖照亮一個(gè)無邊無際的黑暗洞穴，其效果可想而知。

在地球上，熱量有三種傳遞方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。

我們可以通過觸摸（傳導(dǎo)）感受到火爐的炙熱，也可以通過熱空氣的流動(dòng)（對(duì)流）感受到暖氣的溫暖。但在接近完美的宇宙真空中，幾乎沒有物質(zhì)作為介質(zhì)，因此熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流這兩種高效的傳熱方式幾乎完全失效。

熱量在宇宙中傳播的唯一途徑就是熱輻射。這意味著一個(gè)物體必須直接接收到來自恒星的光子，才能被加熱，如果你在太空中，只要躲在一塊小小的隕石后面，避開太陽的直射，你的溫度就會(huì)迅速下降到極低的水平。

因此宇宙真空就像一件終極的“羽絨服”，完美地將各個(gè)星系、各個(gè)恒星隔絕開來。恒星的熱量被牢牢地鎖在自己附近的一小片區(qū)域，無法有效地“串門”，更不用說提升整個(gè)宇宙的平均溫度了。

最后也是最根本的原因，解釋了為何宇宙的背景溫度會(huì)如此之低，這要?dú)w功于宇宙自身的一個(gè)宏觀屬性，持續(xù)的膨脹。

自138億年前的大爆炸以來，宇宙的空間本身就一直在不斷地拉伸和膨脹，想象一張畫著波浪的橡皮膜，當(dāng)你拉伸這張膜時(shí)，上面的波浪的波長也會(huì)被隨之拉長。

宇宙微波背景的光子就經(jīng)歷了同樣的過程，在它們脫離等離子體束縛的瞬間，它們是能量極高的伽馬射線，對(duì)應(yīng)著極高的溫度，但在長達(dá)138億年的宇宙旅行中，它們所穿越的空間本身被拉伸了約1100倍，光子的波長也隨之被拉長了1100倍，從高能的伽馬射線，一路“降級(jí)”成了能量極低的微波。

根據(jù)物理學(xué)定律，輻射的能量（溫度）與其波長成反比，波長越長，能量越低，代表的溫度也就越低，因此宇宙的膨脹，就像一個(gè)巨大而高效的“制冷機(jī)”，持續(xù)不斷地為大爆炸的余暉降溫，最終使其冷卻到了今天-270.42℃的冰點(diǎn)。