Olbers' Paradox:Τι μας διδάσκει το μυστήριο του νυχτερινού ουρανού για το Σύμπαν μας

Αν είναι πιο ανησυχητικό να φανταστεί κανείς ότι το Σύμπαν συνεχίζεται για πάντα προς κάθε κατεύθυνση ή ότι έχει μια άκρη, πέρα ​​από την οποία δεν υπάρχει τίποτα, είναι δύσκολο να πει κανείς.

Η αστροφυσική δεν παρέχει καμία καθοδήγηση ως προς το ποια γεύση υπαρξιακής κρίσης θα έπρεπε να έχουμε – ενώ δεν μπορούμε να πούμε με κανένα επίπεδο σιγουριάς αν το Σύμπαν συνεχίζεται για πάντα ή όχι, μπορούμε να πούμε ότι το παρατηρήσιμο σύμπαν μας έχει ένα πλεονέκτημα, με την έννοια ότι υπάρχει μια απόσταση πέρα ​​από την οποία, ό,τι μπορεί να υπάρχει ή να μην υπάρχει, δεν μπορούμε απολύτως να το δούμε.

Η ύπαρξη αυτού του κοσμικού ορίζοντα είναι μέρος της απάντησης σε ένα αρχαίο αίνιγμα σχετικά με το σκοτάδι του νυχτερινού ουρανού, που φέρεται να τέθηκε για πρώτη φορά από τον Johannes Kepler το 1610 αλλά αργότερα αποδόθηκε στον συνάδελφο αστρονόμο Heinrich Olbers το 1800.

Το Παράδοξο του Όλμπερς ρωτά:εάν το Σύμπαν είναι άπειρο και αν υπάρχουν αστέρια (ή γαλαξίες) σε αυτό, γιατί ο ουρανός είναι σκοτεινός; Σίγουρα, αν κοιτάξουμε προς οποιαδήποτε κατεύθυνση στον ουρανό, αυτή η γραμμή θέασης, τελικά, θα προσγειωθεί σε ένα αστέρι. Επομένως, η κοινή λογική μας λέει ότι ο ουρανός, όπου κι αν κοιτάξουμε, πρέπει να είναι τόσο φωτεινός όσο ο Ήλιος, να λάμπει συνεχώς.

Επίλυση του παραδόξου του Olbers

Η τυπική ανάλυση σε αυτό το παράδοξο επικαλείται την πεπερασμένη ηλικία του σύμπαντος και την ταχύτητα του φωτός. Ακόμα κι αν ο κόσμος είναι ατελείωτος και γεμάτος αστέρια, θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί, μπορούμε να δούμε μόνο αυτά που είναι αρκετά κοντά ώστε να υπάρχει αρκετός χρόνος (από την αρχή του Σύμπαντος) για να φτάσει το φως από εκεί. Οτιδήποτε είναι αρκετά μακριά από τη Γη ώστε ο χρόνος ταξιδιού του φωτός να είναι μεγαλύτερος από την ηλικία του Σύμπαντος είναι αόρατο σε εμάς.

Αυτό δεν επιλύει εντελώς το παράδοξο, για λόγους που περιλαμβάνουν κάποια πολύ πιο περίεργη φυσική. Αλλά αυτό το όριο απόστασης ελαφρού ταξιδιού είναι υπεύθυνο για τον ορίζοντά μας - την άκρη του παρατηρήσιμου σύμπαντος. Τα πιο μακρινά πράγματα που μπορούμε να δούμε στον κόσμο είναι τα πράγματα των οποίων το φως ταξιδεύει προς εμάς για την εποχή του Σύμπαντος:13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.

Η ξένη φυσική μπαίνει όταν ρωτάς, ποια είναι εκείνα τα πράγματα των οποίων το φως έχει ταξιδέψει τόσο καιρό; Η θεωρία του Big Bang λέει ότι το Σύμπαν πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια ήταν μια καυτή, πυκνή κόλαση, στην οποία όλο το διάστημα ήταν γεμάτο με λαμπερό καυτό πλάσμα, κυματίζοντας και αναδεύοντας όπως η επιφάνεια του Ήλιου. Επειδή όλο το διάστημα έλαμπε, όταν κοιτάμε στα πιο απομακρυσμένα σημεία του σύμπαντος προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, αυτή η λάμψη είναι στην πραγματικότητα αυτό που βλέπουμε.

Αν λοιπόν όλο το διάστημα έλαμπε, γιατί ο ουρανός είναι σκοτεινός; Μόλις λύσαμε το παράδοξο;

Ο λόγος που το Σύμπαν μπορεί να λάμπει παντού γύρω μας αλλά εξακολουθεί να φαίνεται σκοτεινό οφείλεται στη φυσική του φωτός σε ένα διαστελλόμενο σύμπαν. Όταν ο χώρος διαστέλλεται και η απόσταση μεταξύ των αντικειμένων μεγαλώνει, το φως που περνά ανάμεσα σε αυτά τα πράγματα τεντώνεται, μετατοπίζοντας το φως σε χαμηλότερες συχνότητες στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.

Για το ορατό φως, οι χαμηλότερες συχνότητες αντιστοιχούν σε πιο κόκκινα χρώματα, επομένως αυτό το εφέ ονομάζεται "redshift". Μπορείτε να το σκεφτείτε σαν μια μετατόπιση Doppler – το ίδιο φαινόμενο που είναι υπεύθυνο για μια σειρήνα που πέφτει σε χαμηλότερο τόνο όταν ένα ασθενοφόρο απομακρύνεται γρήγορα από εσάς, καθώς τα μακρινά αντικείμενα φαίνεται να απομακρύνονται γρήγορα από εμάς καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται.

Αλλά αυτό το φαινόμενο δεν περιορίζεται στο ορατό φως:καλύπτει ολόκληρο το φάσμα. Το ορατό φως εκτείνεται στο υπέρυθρο, το υπέρυθρο στο φούρνο μικροκυμάτων, το φούρνο μικροκυμάτων στο ραδιόφωνο. Και όσο πιο μακριά είναι αυτό το φως, τόσο περισσότερο ο κόσμος έχει επεκταθεί, και επομένως τόσο πιο έντονη είναι η μετατόπιση προς το κόκκινο. Το φως από το λαμπερό πρώιμο Σύμπαν έχει εξαπλωθεί τόσο πολύ από την κοσμική διαστολή που τώρα το λαμβάνουμε ως μια αμυδρή λάμψη ακτινοβολίας μικροκυμάτων, παντού γύρω μας.

Ενώ μπορεί να μην μάθουμε ποτέ εάν το Σύμπαν στο σύνολό του είναι άπειρο ή περιορισμένο, γνωρίζουμε ότι το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων - το μακρινό κέλυφος της εξασθενημένης φωτιάς που μας περιβάλλει - είναι το πιο μακρινό φως που μπορούμε να δούμε ποτέ, στην άκρη του παρατηρήσιμου σύμπαν. Αλλά ακριβώς όπως το σκοτάδι του νυχτερινού ουρανού, αυτή η άκρη είναι θέμα προοπτικής. Κάποιος που ζει σε έναν γαλαξία δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από εμάς κάθεται στο κέντρο του δικού του παρατηρήσιμου σύμπαντος, το οποίο μπορεί μόνο εν μέρει να επικαλύπτει το δικό μας.

Πάντα θα υπάρχουν μυστήρια που οι θεμελιώδεις νόμοι του Σύμπαντος δεν θα μας επιτρέψουν να ξεκλειδώσουμε. Αλλά είτε δεχόμαστε ευθαρσώς τους περιορισμούς μας είτε όχι, η καλύτερη προσέγγιση για την κατανόηση θα είναι πάντα να μάθουμε να κοιτάμε γύρω μας με νέους τρόπους και να αναρωτιόμαστε γιατί βλέπουμε αυτό που βλέπουμε. Ή γιατί μπορεί να κοιτάμε ψηλά σε μια ιδιαίτερα σκοτεινή νύχτα και να μην βλέπουμε τίποτα απολύτως.

Περισσότερα από την Dr Katie Mack:

• Instant Genius Podcast :Το τέλος του Σύμπαντος, με την Dr Katie Mack
• Ο Τζέιμς Γουέμπ πρόκειται να μας μεταφέρει στην "ακρη του χρόνου". Αυτός είναι ο λόγος που αυτό είναι ακόμα πιο κουλ από ό,τι ακούγεται