Чому зоряне небо чорне? (фотометричний парадокс)
Зоряна серпнева ніч це найромантичніше і чарівний час. Люди дивляться в небо на падаючі зірки, загадують бажання. Але саме в цей час, заглядаючи фактично у всесвіт, людина може відчути обмеженість свого розуму. Здається, що ми ніколи не зможемо зрозуміти, що там, в найдальшому куточку всесвіту. А чи є він, кінець? Що таке нескінченність часу і простору? Але є і більш просте питання, який рідко хто собі ставить, але який і дає ключ до пояснення будови і розвитку всесвіту. Питання це: “Чому зоряне небо чорне?”. Більшість людей не підозрюють, який це складне питання. Адже аж до ХХ століття на нього не було отримано задовільної відповіді.
Давнім людям було простіше. Вони вважали, що над нами чорний купол і зірки до нього приклеєні. Якщо запитати у сучасної людини “скільки зірок на небі?”, То більшість відповідять, що зірок і галактик нескінченна безліч. Однак якщо подумати подовше і міркувати логічно, то, виходячи з того, що зірок на небі нескінченну кількість, ми прийдемо до висновку, що небо має бути все яскраве, як Сонце. Дійсно, в нескінченній всесвіту, весь простір якої заповнений зірками, всякий промінь зору повинен закінчуватися на зірці, аналогічно тому, як в густому лісі ми виявляємо себе оточеними “стіною” з віддалених дерев. Потік енергії випромінювання, прийнятого від зірки, зменшується обернено пропорційно квадрату відстані до неї. Але кутова площа (тілесний кут), займана на небі кожною зіркою, також зменшується обернено пропорційно квадрату відстані, з чого випливає, що поверхнева яскравість зірки (рівна відношенню потоку енергії до тілесного кута, займаному на небі зіркою) не залежить від відстані. У всіх точках неба поверхнева яскравість повинна бути дорівнює поверхневої яскравості Сонця, оскільки в будь-якій точці небосхилу повинна знаходитися якась зірка. Отже, все небо (не тільки вночі, але і вдень) повинно бути таким же яскравим, як і поверхня Сонця.
Парадокс
На картинці: Ілюстрація фотометричного парадоксу в однорідної і ізотропного, але статичної Всесвіту. Розміри зірок для наочності перебільшені, що не відбивається на суті парадоксу.
Вперше вчені задумалися над даними парадоксом тільки в 19 столітті. Іноді цей фотометричний парадокс називається парадоксом Ольберса, на честь астронома, який першим привернув до нього увагу.
Правильне пояснення фотометричного парадоксу відводить нас від простого припущення про “нескінченності”, “вічності” і “статичності” всесвіту до побудови сучасної теорії утворення всесвіт та її розвитку.
Перший докладний математичне рішення парадоксу Ольберса було дано Вільямом Томсоном (лордом Кельвіном) в 1901 р Воно засноване на кінцівки віку Всесвіту. Оскільки (за сучасними даними) більш 13 млрд років тому у Всесвіті не було галактик і квазарів, найбільш віддалені зірки, які ми можемо спостерігати, розташовані на відстанях близько 13 млрд. Св. років. Це усуває основну передумову фотометричного парадоксу – те, що зірки розташовані на будь-яких, як завгодно великих відстанях від нас. Всесвіт, спостережувана на великих відстанях, настільки молода, що зірки ще не встигли в ній утворитися. Зауважимо, що це аж ніяк не суперечить космологічному принципом, з якого випливає безмежність Всесвіту: обмежена не всесвіт, а тільки та частина її, де встигли за час приходу до нас світла народитися перші зірки.
За найсучаснішими оцінками вважається, що всесвіт з’явилася близько 13,75 ± 0110000000 років тому. Вік всесвіту це максимальний час, який виміряли б годинник з моменту Великого вибуху до теперішнього часу.
Самим чудовим підтвердженням теорії “Великого вибуху”, моделі утворення зірок і галактик і гарячої розширюється всесвіту стало виявлення реліктового випромінювання з температурою 2.7 К американськими вченими А. Пензиасом і Р. Вільсоном. Спочатку здавалося, що реліктове випромінювання однорідно по всьому об’єму всесвіту. Але в 2006 р була доведена анізотропія цього випромінювання. У 2009 р запущений супутник астрономічний супутник Європейського космічного агентства Планк, який в даний час вимірює анізотропію реліктового випромінювання з ще більш високою точністю. Загадка анізотропії є зараз однією з найактуальніших проблем космології. Можливо, її розгадка переверне наші уявлення про розвиток матеріального світу.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)