A paradoxon a Olbers (in English : Olbers paradoxon ), más néven paradoxon Cheseaux-Olbers vagy paradox a sötét éjszaka , olyan látszólagos ellentmondás az a tény, hogy az égen sötét éjjel, és feltételezve, hogy a Universe lenne statikus , homogén és végtelen .
A sötét éjszaka az ősrobbanás elmélet egyik bizonyítéka, amely azt sugallja, hogy az Univerzum dinamikus és véges korú . Ez a két jellemző megoldást kínál erre a paradoxonra, megmutatva, hogy a hipotézis hamis.
A paradoxont Hermann Bondi angol-osztrák kozmológus , a kozmológia ( 1952 ) című munkában nevezte meg Heinrich Olbers német csillagász tiszteletére . Az utóbbi már ismertetett 1823 , de azt már kijelentette Thomas Digges a 1576 által Johannes Kepler a 1610 és Edmond Halley és Jean Philippe Loys de Cheseaux a XVIII th században.
Ha feltételezzük, hogy a végtelen Univerzum végtelenül egyenletesen eloszló csillagokat tartalmaz , akkor a megfigyelés minden irányának egy csillag felszínén kell végződnie. A csillag felületi fényessége független a távolságától (feltételezve, hogy a fotonok nem veszítenek energiát az idő múlásával ); a Naphoz hasonló csillag csak a távolsága miatt kevésbé fényes, mint ez a csillag , ami látszólagos méretét sokkal kisebbé teszi. Tehát feltételezve, hogy bármely megfigyelési irány elfogja a csillag felszínét, az éjszakai égboltnak ugyanolyan fényesnek kell lennie, mint egy átlagos csillagnak, mint a Napunk vagy a galaxisunk bármely más csillagának .
Ez a paradoxon fontos, érvénytelen lenne egy kozmológiai elmélet, amely nem tudja megoldani. A paradoxont feloldó elmélet azonban nem feltétlenül érvényes.
Ez a kérdés már Keplerben felmerült , aki ezzel az érveléssel cáfolta Giordano Bruno végtelen világegyetemről szóló elméletét . Ezután sok csillagász vette fel a kérdést, akik számos megoldást javasoltak, szinte mindig hamisak, nem sejtve a probléma mélységét és összetettségét, bár nagyon egyszerű módon kifejezve.
Halley 1720 körül veszi fel ezt a kérdést, és így fogalmaz: ha az univerzum végtelen és örök csillagokkal van tele, akkor az éjszakai égbolt fényességének végtelennek kell lennie.
Jean Philippe Loys de Cheseaux svájci matematikus 1746-ban tisztázta ezt a matematikai paradoxont. A csillagokat gömbhéjakban képzeli el (az univerzumot koncentrikus héjak sorozataként modellezik) egy megfigyelőhöz viszonyítva. A csillagok száma arányos az egyes héjak területével, tehát a sugáruk négyzetével. A csillag fényerőssége azonban fordítottan arányos a távolság négyzetével. Tehát a megfigyelő annyi fényenergiát kap minden héjból. De Cheseaux kiszámította, hogy ennek a Földre eső fényenergiának 180 000-szer erősebbnek kell lennie, mint a Napé.
1823-ban Olbers finomította ezt az érvelést azzal, hogy megjegyezte, hogy a csillagokkal egyenletesen kitöltött univerzumban a csillagok egymást elfedik, és arra a következtetésre jutottak, hogy az éjszakai égbolt fényessége nem lehet végtelen, de legfeljebb megegyezik a csillag felületi fényességével. Most kiszámíthatjuk, hogy ez a "láthatósági határ" 10 18 és 10 19 fényév közötti nagyságrendű lenne , vagyis jóval meghaladja a megfigyelhető Univerzum sugarát .
Kezdeti megfogalmazásában egyértelműen és hallgatólagosan feltételezték, hogy a csillagok korlátlanul ragyoghatnak. A jelenlegi ismeretek azt mutatják, hogy ez helytelen, és a csillagok élettartama véges.
Először feltételezhetjük, Keplerhez hasonlóan , a Beszélgetés az égi hírvivővel című 1610-es röpiratában, hogy az univerzum véges, vagy legalábbis véges számú csillagot tartalmaz.
Egy másik megoldás javasolta először az író és költő Edgar Allan Poe a Eureka , és egymástól függetlenül néhány évvel később a francia csillagász François Arago , azt állítja, hogy ha az Univerzum véges kor, majd a haladó fény egy nagy, de véges terjedési sebessége, csak az univerzum véges régiója elérhető számunkra, ami a Kepler által javasolt megoldáshoz vezet.
Egy másik magyarázat az, ha figyelembe vesszük, hogy a kozmikus közeg nem tökéletesen átlátszó, így a távoli csillagokból érkező fényt ez a nem átlátszó közeg (nem világító csillagok, por vagy gázok) blokkolja, így egy megfigyelő csak a fényt érzékeli véges távolságból jön (mint egy ködben). Ez a magyarázat téves, mivel a közegnek fel kell melegednie, mivel elnyeli a fényt. Végül olyan forró és fényes lesz, mint egy csillag felülete, ami ismét paradoxont jelent.
A paradoxon feltételezi a csillagok egyenletes eloszlását (biztosítva, hogy bármely látóvonal mindig találkozjon egy csillaggal). Ez nem így van, mert a csillagok galaxisokba, klaszterekbe, szuper klaszterekbe stb. Azt azonban ma már tudjuk, hogy nagy léptékben a galaxisok eloszlása egyenletes, és ezért a csillagok lokális eloszlásának heterogenitása nem tudta megoldani a végtelen megfigyelhető univerzum paradoxonját.
Vagy egy véges univerzumot kell feltételeznünk, vagy egy végtelen univerzumot, amelynek csak egy véges része figyelhető meg.
1907-ben Edmund Edward Fournier d'Albe a csillagok nem egyenletes eloszlásának modelljét javasolta, amely minden bizonnyal valószínűtlen, de feloldja a paradoxont. Elméleti és matematikai szintű érdeklődését Carl Charlier némileg felélesztette, majd Benoît Mandelbrot .
Egy másik magyarázat azon a tényen alapul, hogy a fény véges sebességgel halad. Ezért, ha a csillagok csak véges ideig léteztek (vagy az, hogy maga a világegyetem véges korú, vagy hogy az univerzum „előtt” még nem tartalmazott csillagokat), akkor egy n 'csillag egy adott pillanatban megvilágítja, hogy egy véges térfogat (olyan labda, amelynek sugara a fény sebességének megfelel a csillag korának szorzatának). Ez a magyarázat jóval a relativitáselmélet és az ősrobbanás- elmélet előtt keringett .
Ezen feltételezés alapján kiszámíthatjuk a csillagok megjelenésének korát, ismerve a fénysebességet, a csillagok átlagos fényerejét és a Földön befogadott fényt. Nincs azonban életképes elmélet, amely ezeket a megfigyeléseket figyelembe venné.
Az általános relativitáselmélet megjósolja az Univerzum instabilitását: tágulás vagy összehúzódás. Ezért lehetséges, hogy az univerzum kora lejárt, ami azt sugallja, hogy Poe és Arago magyarázata a helyes. Valójában az Olbers-paradoxon magyarázatának legfőbb oka a világegyetem véges kora: a legtöbb csillag fényének még nem volt ideje eljutni hozzánk.
Egy másik hatás magyarázatot ad az Olbers-paradoxonra is, de a fő magyarázathoz képest csekély. Az Univerzum tágulása miatt a távoli galaxisok fénye pirosra tolódik . Így ezeknek a galaxisoknak a fénykibocsátási spektruma számunkra úgy tűnik, hogy fokozatosan olyan fényfrekvenciákká változik, amelyeket már nem láthatunk (jellemzően infravörös ). Ez azt jelenti, hogy az ezekből a galaxisokból érkező fény kevesebb energiával rendelkezik, mint ugyanazon galaxisoké, amelyek ugyanabban a távolságban helyezkednek el, ha az univerzum nem tágulna. Így a legtávolabbi galaxisokat rendkívül nehéz megfigyelni. Még akkor is, ha az Univerzum örök és végtelen lenne, de tágulna (mint a kvázi stacionárius állapotelméletben ), a legtávolabbi csillagok felületi fényereje csökkenne a távolságtól. A jelenség a Big Bang modellekben is igaz . A galaxisok fényességének ez a gyors csökkenése a vöröseltolódás függvényében valóban megfigyelhető, ami segít az Olbers-paradoxon feloldásában és validálja az általános relativitáselmélet ezen előrejelzését.
Átvitt értelemben az ég valóban "tiszta"; de ez a sugárzás felé tolódott a piros (az alacsony frekvenciák) oly módon, hogy az égi világosság a mikrohullámú sütő, egy hősugárzás a 2,76 K ( -270,1 ° C ), és nem a 3000 K , átlagos hőmérséklete csillagok sugárzás. Az ég így sötétségbe, látható fénybe merül.
Ez a háttérsugárzás nem távoli egymásra helyezett galaxisokból származik, hanem az ősegyenletes gázból, amikor ~ 380 000 év után 3000 K körül átlátszóvá vált . Abban az időben az ég valóban Tűz volt ! Olyan volt, mint egy csillag felszíne. Ez összhangban van az ősrobbanás forgatókönyvével.
A 2011-es fizika három Nobel-díjasa, Saul Perlmutter , Adam Riess és Brian P. Schmidt is bebizonyította, hogy az univerzum terjeszkedése felgyorsult és nem lassult, ami csak hangsúlyozni tudja az általános relativitáselmélet által már előre jelzett hatást.