پارادوکس اولبرس

چرا آسمان شب تاریک است؟

این سوال به ظاهر ساده برای اولین بار در سال ۱۸۲۳ توسط ستاره شناس آلمانی، ویلیام اولبرس مطرح شد و جواب آن نسل های متعددی از ستاره شناسان را درگیر کرد.

ستاره شناسان قدیمی، از جمله کپلر، می دانستند که اگر جهان یکنواخت و نامتناهی باشد، آنگاه به هر طرف نگاه کنید، نور ناشی از بی نهایت ستاره به چشم شما می رسد. با خیره شدن به هر نقطه در آسمان شب، خط دید ما حتما با تعداد غیر قابل شمارشی ستاره تقاطع پیدا کرده و بنابراین مقدار نامحدودی نور از ستاره ها دریافت می شود. بنابراین آسمان شب باید مملو از نور باشد.

مدت ها تلاش برای پاسخ به این پارادوکس چنان گیج کننده بود که تقریبا اکثر جواب ها نادرست بود.

اولین پاسخ را اولبرس به این صورت مطرح کرد: نور ستارگان در بین راه به وسیله ابرهای میان ستاره ای و گرد و غبار جذب می شود.

اما این ابر های غبار نمی توانند به درستی پارادوکس اولبرس را توضیح دهند. در طول مدت زمانی نامتناهی، این ابرهای غبار، نور تعداد نامحدودی ستاره را جذب کرده و در نهایت همانند سطح یک ستاره خواهند درخشید. بنابراین در نهایت حتی ابرهای گازی هم در آسمان می درخشند.

همچنین می توان ادعا کرد که هر چه ستاره ای دورتر باشد، درخشندگی ظاهری کمتری دارد. این درست است، اما نمی تواند پاسخ صحیح باشد. اگر به بخشی از آسمان شب بنگریم، ستارگان بسیار دور، واقعا کم نور دیده می شوند، ولی هرچه دقیق تر و عمیق تر به آسمان نگاه کنیم، باز هم ستارگان بیشتری خواهیم دید. اگر شدت نور ستارگان با مجذور فاصله کاهش یابد، در مقابل تعداد ستارگان با مجذور فاصله افزایش پیدا می کند.

پس در یک جهان یکنواخت این دو اثر یکدیگر را خنثی می کنند و آسمان باید همچنان روشن دیده شود.

شاید به نظرتان رسیده باشد که بهترین پاسخ این پارادوکس انبساط جهان است؛ اما اشتباه می کنید. این پاسخ نیز غلط است!

رصد های ادوین هابل، ستاره شناس آمریکایی، در اوخر دهه ۱۹۲۰ با تلسکوپ رصدخانه مونت ویلسون نشان داد که جهان انبساط میابد.

زمانی که جسمی از ما دور می شود، طول موج خطوط جذبی طیف دریافتی از آن بیشتر می شود. یعنی نوری که توسط طیف سنج ثبت می شود، طول موجی بلندتر از نور گسیل شده از منبع دارد. بنابراین با دور شدن کهکشان ها از ما نور ساطع شده از آنها اصطلاحا انتقال به سرخ میابد. هابل فهمید که هر چه فاصله کهکشانی از ما بیشتر باشد با سرعت بیشتری از ما دور می شود. (انبساط جهان در مقیاس های خوشه های کهکشانی معنا دارد و با حرکت ستاره ها و کهکشان ها در یک خوشه متفاوت است. در واقع در انبساط جهان متریک فضا-زمان انبساط میابد.)

با توجه به این موضوع بخش عمده ای از نور مرئی کهکشان ها به نور فروسرخ تبدیل و غیر قابل رویت می شود. اما نباید فراموش کرد که به همین ترتیب بخشی از پرتوهای ماورای بنفش نیز به طیف مرئی تبدیل می شوند و اثر بخش اول را خنثی می کند. پس انبساط جهان و انتقال به سرخ نیز پاسخ صحیح پارادوکس نیست.

پاسخ صحیح پارادوکس اولبرس شامل دو بخش است.

اول اینکه اگر جهان ما بی نهایت بزرگ باشد، بی نهایت پیر نیست.

زمانی که به آسمان شب نگاه می کنید، شاهد چیزی هستید که در گذشته اتفاق افتاده است. زیرا سرعت نور محدود است (۳۰۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه) و برای رسیدن نور ستارگان دوردست به زمین، زمان لازم است. برای اینکه آسمان شب درخشان باشد، جهان باید صد ها ترلیون سال عمر داشته باشد. عمر کیهان ۱۳.۷ میلیارد سال است، بنابراین آسمان ضرورتا سیاه خواهد بود.

دلیل دوم محدود بودن عمر ستاره ها و کهکشان ها است.

این دو عامل باعث می شود که ما هیچگاه نتوانیم نور ستاره های دور و نزدیک را هم زمان در همه جهات ببینیم. نور دورترین ستاره ها هنوز به ما نرسیده است و اگر برسد این سفر آنقدر طول می کشد که عمر تعدادی از اجرام نزدیک در این فاصله به پایان می رسد و خاموش می شود.

به این ترتیب فهمیدیم چرا آسمان شب همیشه تاریک است !!!