Jak to poetycko ujęła w dziewiętnastym wieku Agnes Mary Clerke, „od niezliczonych gwiazd powinna przybywać w sumie nieograniczona ilość promieniowania, przezwyciężając ciemność nocnego nieba i oszałamiając nasze delikatne zmysły blaskiem jaśniejącej pustki, jarzącej się połączonymi promieniami nieodróżnialnych od siebie słońc.” Odpowiedzi na pytanie, dlaczego niebo jest ciemne, szukano już od drugiej połowy szesnastego wieku. W drugiej części naszej opowieści o paradoksie Olbersa postaramy się znaleźć odpowiedź na to pytanie.

Artykuł przygotowała Marta Dziwer.

Pierwszą propozycję rozwiązania tego problemu przedstawił w 1576 roku Anglik Thomas Digges. Twierdził on, że światło odległych gwiazd (których liczba i tak jest nieskończona) może być zbyt słabe, żeby rozświetlić niebo aż tak mocno. Argument ten jest oczywiście nieprawdziwy, bo średnie natężenie światła, którym promieniowałyby te bardzo odległe gwiazdy i tak sprawiałoby, że są widzialne.

Kolejne rozwiązanie zaproponował wielki uczony Niemiec, Johannes Kepler w roku 1610. Rozważał on możliwość, że Wszechświat urywa się nagle na ciemnej ścianie, która całkowicie zasłania pozostałą, bardzo gwieździstą przestrzeń. Jak wiadomo, nie miał on racji.

Następne rozumowanie zostało przedstawione przez Otta von Guericka w 1672, przez Agnes Mary Clerke w 1890, i nawet przez sławnego amerykańskiego astronoma Harlowa Shapleya już dosyć późno, bo w 1917. Przypuszczali oni, że kosmos, w którym znajduje się wszelka materia jest skończonych rozmiarów, a pozostałą część nieskończonego Wszechświata wypełnia próżnia. Ten argument jest nieco podobny do poprzedniego i oczywiście również nieprawdziwy.

Kolejny pomysł, jak rozwiązać paradoks Olbersa zaproponował angielski naukowiec, Edmund Halley w 1720 roku. Rozważał, że być może gwiazdy we Wszechświecie są rozłożone w szczególny sposób, tak, że te powierzchnia części gwiazd znajdujących się bliżej nas, przysłania te gwiazdy, które znajdują się dalej. To rozumowanie nie znalazło jednak ani potwierdzenia naukowego, ani nie tłumaczy paradoksu.

Jeszcze inne rozwiązanie zaproponowali szwajcarski astronom Jean-Philippe de Cheseaux w roku 1744 i sam Olbers w roku 1823. Rozumowali oni, że jeżeli nawet najdalsze gwiazdy tak czy siak wnoszą na nasze nocne niebo jakieś światło, to ciemność mogłaby tłumaczyć nieprzezroczystość naszego Wszechświata. Wyobrażali oni sobie ogromne obłoki ciemnego pyłu lub gazu znajdujące się między gwiazdami, które pochłaniałyby oddawane przez gwiazdy promieniowanie. Argument ten został jednak obalony przez prostą zależność, związaną z zasadami termodynamiki. Mianowicie, co stanie się z energią zaabsorbowaną przez gaz? Oczywiście będzie ona stopniowo ogrzewała ten gaz, dopóki nie osiągnie on takiej temperatury, że będzie wypromieniowywał tyle, ile otrzymuje, a więc, po upłynięciu odpowiedniej ilości czasu, obłok ten sam zacząłby świecić, sprawiając, że nasze niebo nie uratowałoby się wcale przed bezkresną jasnością.

Rozumowanie, które miało okazać się pierwszym poprawnym rozwiązaniem paradoksu zostało zaproponowane przez amerykańskiego poetę epoki romantyzmu Edgara Allana Poe w 1848, niemieckiego astronoma Johanna Madlera w 1861 i rozważane jeszcze przez Lorda Kelvina w 1910 roku. Poe w swoim poemacie prozą „Eureka” rozważa: „Gdybyż sukcesja gwiazd nie miała końca, wtedy tło nieba prezentowałoby nam jednorodną jasność, niczym ta okazywana przez Galaktykę, gdyż nie byłoby absolutnie żadnego punktu, w całym tym tle, w którym nie istniałaby gwiazda. Jedynym, zatem sposobem, w jaki w tej sytuacji możemy zrozumieć pustkę, którą nasze teleskopy odnajdują w niezliczonych kierunkach, może być przypuszczenie, że odległość do niewidzialnego tła jest tak ogromna, iż żaden promień z niego nie mógł jeszcze do nas dotrzeć.” Faktycznie, uwzględniając prędkość światła, nie możemy zobaczyć światła, które dociera do nas z odległości większej niż 13,7 miliardów lat świetlnych. W końcu wydaje się, że jesteśmy na dobrej drodze.

Pomimo tego, temat nadal drążono. W 1955 roku, amerykański kosmolog Hermann Bondi zauważył, że skoro odległe galaktyki są czerwieńsze niż te bliskie, na skutek przesunięcia ku czerwieni. To redukowałoby ilość energii, otrzymywaną przez ziemskiego obserwatora, sprawiając, że widziane przez niego niebo faktycznie byłoby ciemne. Rozwiązanie to dość powszechnie uważano za obowiązujące w kosmologii relatywistycznej, jednak Edward Harrison w swoich dogłębnych studiach wykazał, że zależy ono od fizyki konkretnego modelu, który przyjmiemy.

Edward Harrison nie spoczął jednak na krytyce rozumowania Bondiego – sam zaproponował rozwiązanie paradoksu Olbersa. W 1964 roku obliczył ilość energii potrzebnej do rozświetlenia całego nieba. Okazało się, że jest to niewiarygodnie duża liczba: widoczny Wszechświat potrzebowałby 10 trylionów razy więcej energii świetlnej, niż obecnie widzimy. To oznacza, że nawet jeśli cała materia we Wszechświecie zostałaby przekształcona w energię świetlną, nocne niebo byłoby tylko troszeczkę jaśniejsze niż jest obecnie.

Obecnie za poprawne uważa się dwa rozwiązania: albo Wszechświat jest zbyt młody, albo energia Wszechświata jest zbyt mała. Dwa pozostałe, jego hierarchiczna struktura i przesunięcie ku czerwieni traktuje się bardziej jako potwierdzenie ciemności nocnego nieba, a nie jej przyczynę.

Pytanie o ciemność nocnego nieba, które mogło wydawać się nam dosyć błahym, sprawiło, że zaczęliśmy głębiej zastanawiać się nad jego rzeczywistą konstrukcją. Dzięki niemu zaczęliśmy drążyć temat. Kto wie, jaka byłaby teraz nasza wiedza o Wszechświecie, gdyby kilkaset lat temu ktoś nie zadał sobie tego prostego, jakby się mogło wydawać, pytania?

Część pierwszą artykułu o paradoksie Olbersa można przeczytać Paradoks Olbersa, czyli dlaczego niebo jest ciemne? Część 1.“>tutaj.

Autor

Redakcja AstroNETu