Paradoxul lui Olbers – de ce este cerul întunecat noaptea?

Paradoxul lui Olbers, numit şi “paradoxul nopţii întunecate” sau “paradoxul fotometric”, exprimă o problemă interesantă și complexă în cosmologie, referitoare la o contradicţie între întunericul nopţii și presupunerea că Universul este infinit, prin urmare ar conţine un număr infinit de stele, care ar trebui să fie vizibile, oricât de mici şi de îndepărtate ar fi acestea. Paradoxul lui Olbers este important, deoarece o teorie cosmologică ar fi invalidă dacă nu l-ar putea rezolva.

Dacă ne-am întreba de ce este “noapte”, probabil că mulţi dintre noi ne-am gândi la ceea ce învăţăm încă de pe băncile şcolii, la faptul că planeta se roteşte în jurul axei sale şi o parte din lumea noastră se cufundă în întuneric, atunci când nu mai este orientată spre Soare.

Cu toate acestea, dacă Universul ar fi infinit și omogen, stelele ar trebui să fie atât de dens împrăștiate pe cer încât, în orice direcție am privi, acolo să fie o stea, iar cerul să fie la fel de strălucitor/ luminos noaptea, ca și ziua. Un astfel de lucru nu se întâmplă însă, deoarece cerul nu este strălucitor uniform, ci este întunecat în majoritatea direcțiilor cu excepția stelelor vizibile.

De ce este cerul întunecat noaptea? – diverse explicaţii date de-a lungul timpului pentru “Paradoxul lui Olbers”

Paradoxul lui Olbers a fost formulat de către astronomul german Heinrich Wilhelm Olbers (de la care i se trage si denumirea), în secolul al XIX-lea, deși ideea a fost prezentă în preocupările astronomilor mult mai devreme, fără a exista un consens asupra cauzei exacte a acestui paradox.

Johannes Kepler – un număr finit de stele

Astfel, la începutul secolului al XVII-lea, Johannes Kepler, matematician şi astronom german, cel care a formulat celebrele legi ale mişcării planetelor, care îi poartă numele (Legile lui Kepler), observase că, dacă cerul este negru noaptea, numărul de stele trebuie să fie finit.

Edmund Halley – un Univers infinit

Un secol mai târziu, Edmund Halley (după numele căruia a fost denumită cometa Halley, cea mai faimoasă dintre cometele periodice) a fost și el interesat de întunericul nopții. La acea vreme, Universul nu mai era considerat finit, ci de dimensiuni infinite și, ca urmare, ar fi trebuit să vedem întotdeauna o stea, în orice direcție am privi, deci un cer de noapte strălucitor. O explicaţie pentru acest paradox trebuia totuşi găsită. În opinia lui Halley, întunericul cerului s-ar explica prin faptul că stelele îndepărtate sunt slabe și nu pot fi văzute.

Loys de Chéseaux – o materie “absorbantă”

Douăzeci de ani mai târziu, în 1743, astronomul elveţian Loys de Chéseaux a venit cu o altă explicaţie. El credea că între stele și noi există o “materie absorbantă”, că mediul cosmic nu este perfect transparent, ceea ce a slăbeste cantitatea de lumină primită.

Aşadar, potrivit acestei reprezentări, lumina care vine de la stelele îndepărtate ar fi blocată de un mediu netransparent, alcătuit din praf și gaz, astfel încât un observator nu poate percepe decât lumina care vine de la o distanță finită (ca într-o ceață).

O astfel de explicaţie nu poate fi însă valabilă, spun cosmologii, deoarece mediul interstelar ar trebui să se încălzească prin absorbția luminii și, prin urmare, ar ajunge la fel de fierbinte și la fel de luminos ca suprafața unei stele.

Edgar Allan Poe şi dimensiunea finită a universului observabil

La mijlocul secolului al XIX-lea, Edgar Allan Poe, cunoscut, în primul rând, ca scriitor, într-o lucrare non-ficţională, celebră, intitulată “Eureka” (subintitulată “Un eseu asupra universului material şi spiritual”), venea cu o explicaţie bazată pe logică, nu neapărat pe argumente strict ştiinţifice: “Dacă succesiunea de stele ar fi nesfârșită, atunci fundalul cerului ne-ar prezenta o luminozitate uniformă, ca cea afișată de Galaxie – pentru că nu ar putea exista absolut niciun punct, în tot acel fundal, în care să nu existe o stea. Prin urmare, singurul mod în care, într-o asemenea stare de lucruri, am putea înțelege golurile pe care telescoapele noastre le găsesc în nenumărate direcții, ar fi să presupunem că distanța fondului invizibil este atât de mare, încât nicio rază din el nu a fost încă în stare. să ajungă la noi”.

Explicaţia modernă pentru “Paradoxul lui Olbers”

“Paradoxul lui Olbers” poartă numele astronomului german Heinrich Wilhelm Olbers, nu pentru că el ar fi găsit soluţia acestei probleme, ci pentru că este primul care a pus în discuţie, printr-o abordare complexă, acest aspect.

În epoca modernă, o explicaţie pertinentă pentru “Paradoxul lui Olbers” a fost adusă de astronomul britanic Edward Harrisson, mulţi ani cercetător la Universitatea Massachusetts și la Universitatea din Arizona, ambele în Statele Unite.

Dacă ar exista un număr infinit de stele, spune astronomul, ar exista o stea peste tot pe cerul nopţii, iar noaptea nu ar mai fi întunecată. Dar Universul nostru nu este infinit de vechi, stelele care îl compun nu au existat întotdeauna. Universul a fost creat în urmă cu peste 14 miliarde de ani (când a avut loc “explozia primordială”, Big Bang-ul) şi, pentru că viteza luminii este constantă, putem vedea obiecte cosmice care se află la mai puţin de 14 miliarde de ani lumină distanţă. Altfel spus, trăim într-un Univers observabil sferic, care este mai mic decât Universul total, iar lumina stelelor aflate mai departe de 14 miliarde de ani lumină nu a avut timp pentru a ajunge pe Pământ.

Evident că, în pofida excepţionalului progres ştiinţific şi tehnologic, nimeni nu poate spune astăzi dacă Universul nostru este finit sau infinit ca întindere, dacă este doar unul dintre multele Universuri care formează un multivers, se ştie doar că dimensiunea sa fizică este cu mult mai mare decât ceea ce se poate observa (inclusiv cu mijloacele tehnice trimise în spaţiu).

Paradoxul lui Olbers – “deplasarea spre roşu”, Universul în expansiune

În plus, referitor la soluţia pentru “Paradoxul lui Olbers”/ “Paradoxul nopții întunecate”, mai există şi o altă explicaţie. Cu cât o stea este mai îndepărtată , cu atât lungimea de undă a radiațiilor pe care le emite crește, urmarea fiind fenomenul numit “deplasare spre roşu” (creştere a lungimii de undă), datorat efectului Doppler (care constă în variația frecvenței unei unde emise de o sursă de oscilații, dacă aceasta se află în mișcare față de receptor) şi care se manifestă atât în cazul undelor electromagnetice (inclusiv lumina), cât și în cazul undelor elastice (sunetul).

Universul se extinde, ceea ce înseamnă că stelele şi galaxiile se îndepărtează de noi. Din cauza acestui fapt, lumina de la o stea în mişcare îşi schimbă culoarea. Este ceva similar cu situaţia în care, de exemplu, când un vehicul echipat cu o sirenă trece în viteză – la apropiere, sunetul emis de vehicul este mai ridicat în înălțime, iar la depărtare, sunetul este mai scăzut. Pentru o stea care se deplasează în raport cu un observator de pe Pământ, fenomenul este analog, dar implică unde luminoase.

Soluţii şi incertitudini

Aşadar, “Paradoxul lui Olbers” conduce spre două aspecte fundamentale legate de cosmos – fie se presupune existența unui Univers finit, fie un Univers infinit, din care doar o parte finită, dar nu statică, poate fi observată.

Teoria relativității generale spune că Universul se extinde. Datorită expansiunii Universului, lumina din galaxiile îndepărtate este “deplasată spre roșu”. Aceasta înseamnă că aceste galaxii sunt mai puțin luminoase decât ar fi aceleași galaxii situate la aceeași distanță, dar nemișcate. Astfel, cele mai îndepărtate galaxii sunt, de fapt, extrem de greu de observat.

Prin urmare, chiar dacă Universul ar fi etern și infinit, dar în expansiune, luminozitatea suprafeței celor mai îndepărtate stele ar scădea odată cu distanța. Fenomenul este valabil și în modelele Big Bang. Scăderea rapidă a luminozității galaxiilor ca o funcție a “deplasării spre roșu” rezolvă “Paradoxul lui Olbers”/ “Paradoxul nopţii întunecate”, confirmând, în același timp, predicțiile relativității generale.

Pe de altă parte, acceptând explicaţiile oamenilor de ştiinţă, legate de “întunericul” nopţii şi dincolo de spectaculoasele descoperiri despre spaţiul cosmic, devenite posibile graţie tehnologiei actuale, marile întrebări despre Univers şi despre locul nostru în acest Univers mai au de aşteptat până îşi vor găsi (dacă îl vor găsi) răspunsul – Există o “margine” a Universului? Ne-am putea reprezenta ceea ce susţin unii cosmologi – un Univers finit, dar fără margini, cu un “spațiu care se închide în sine”?, Suntem în centrul sau la “marginea Universului”? etc.