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Paradox Olbers
Pourquoi le ciel nocturne?
Paradox Olbers
effet d'animation du paradoxe d'Olbers

la paradoxe Olbers a fait la déclaration suivante: comment est-il possible que la ciel nuit est sombre malgré la multitude de étoiles présent dans 'univers?

Il tire son nom par l'Allemand Heinrich Wilhelm Olbers, qui a proposé en 1826. En fait, il avait déjà été décrit par Kepler en 1610, de Richard Bentley, en correspondance avec Isaac Newton, et par les astronomes Edmond Halley et Jean-Philippe de Cheseaux en XVIIIe siècle.

Conditions de paradoxe

Exigences cosmologiques

Les hypothèses de base, car le paradoxe est qu'ils sont:

  • que 'univers a extension infinie;
  • que l'univers existe depuis un certain temps et est infini inchangeable;
  • que l'univers est homogène et isotrope, que les étoiles sont disposées de façon uniforme dans l'espace

Ces points ont été tacitement acceptés par cosmologie en vogue jusqu'au début XX siècle.

Les hypothèses qui permettent de résoudre le paradoxe

Deux hypothèses peuvent expliquer le paradoxe:

  • l'univers existe depuis un temps fini;
  • l 'univers est en expansion.

Dans le premier cas, la lumière des étoiles lointaines n'a pas encore atteint nous. Potentiellement présentes dans l'avenir, il aura tendance à se produire la condition exprimée par le paradoxe. Cependant, il y a plusieurs indications que l'univers n'est pas jeune: son âge estimé se situe entre 13 et 16 milliards d'années en fonction de la valeur donnée à la constante de Hubble.

Dans le second cas, les étoiles se éloignent de la Terre de plus en plus, comme le montre 'effet Doppler, et l'état du paradoxe ne se produira jamais.

effets

Dans une situation telle que celle proposée, si un observateur dirige son regard dans une direction du ciel, sera en mesure de regarder l'espace entre les étoiles reconnaissables, mais il y aura d'autres étoiles plus lointaines et ainsi de suite, jusqu'à ce qu'ils rencontrent inévitablement la surface brillante d'une étoile. Pour cette raison, tout le ciel devrait briller avec la même intensité de la surface stellaire et même soleil pas être distingué de l'arrière-plan.
L'objection la plus évidente est que les étoiles lointaines sont estompées. Mais le point ici est inefficace.
En effet, la diffusion de la lumière à partir d'un point central a des performances sphérique, pour lequel, comme pour toutes les ondes de ce type, l 'irradiation, à savoir l'énergie reçue par unité de surface (supposons que l'œil de l'observateur) à une distance r Elle est inversement proportionnelle au carré de r.

Comme il est imposé comme condition l'homogénéité du cosmos, à savoir que chaque balle concentrique à terre les étoiles sont présents avec densité stable , nous pouvons affirmer que la quantité de sources de lumière sur une sphère de rayon r Elle est proportionnelle au carré de r, selon le domaine de la formule de sphère:

Pour calculer la quantité de lumière reçue par un diamètre de sphère r arbitraire, on multiplie le nombre d'étoiles présentes pour peser chacun d'intensité:

Comme on le voit, après la simplification des r il apparaît que la luminosité de l'irradiation dépend exclusivement de la densité des étoiles et leur luminosité absolue.
Maintenant, si vous additionnez toutes les contributions aux sphères concentriques sans fin d'un univers infiniment étendu, nous obtenons que la lumière totale doit être même intensité infinie. Le fait que la nuit est sombre, pour évidente bon sens, Il est en contraste frappant avec la conception cosmologique d'un univers infini statique.

les solutions

Plusieurs tentatives ont été faites pour régler la question.

Pendant longtemps, il a été considéré que l'extension du cosmos était limité et que les étoiles sont intravedesse un fond sombre. Cette hypothèse suppose naturellement être au centre de l'univers, et il a été rendu obsolète par l'effondrement de la philosophie géocentrisme.

en six cents on a supposé que nuages ​​de poussière présent dans l'espace vide obscures étoiles lointaines. Cette solution ne résiste pas à l'analyse, car le rayonnement absorbé réchaufferait le matériel jusqu'à ce qu'ils réémettent la même quantité de lumière (rayonnement noir corps). Le Olbers avait lui-même cette solution orientée erronée.

Une autre possibilité est que le vitesse de la lumière est limitée et l'univers existe depuis un temps limité. En fait, la vitesse de la lumière était déjà à peu près connue depuis le XVIIe siècle, telle que mesurée par Ole Romer, mais cette solution n'a jamais été bien considéré étrangement.

Une possibilité purement statistique est que l'univers visible a une distribution fractale, avec dimension fractale inférieur à 2. De cette façon, la limite pour r → ∞, cependant, ont tendance à un nombre fini.

Selon une autre théorie possible paradoxe Olbers est résolu au moyen de l'équation du transport radiatif.[1][2]

La solution moderne

en 1929 l'astronome américain Edwin Hubble Il a montré que l'univers actuel est en pleine expansion et doit donc avoir une origine dans le passé. De notre point de vue galaxies semblons sortir avec une vitesse proportionnelle à la distance, à partir d'une limite au-delà, qui semblent échapper à la vitesse de la lumière, et donc nous ne pouvons pas les voir. En d'autres termes, parce que la lumière a une vitesse limitée, regarder loin signifie aussi regarder en arrière dans le temps, jusqu'à ce que le point où nous observons le moment de la naissance du cosmos, la Big Bang. Dans la pratique, l'univers visible semble de dimensions limitées dans l'espace et le temps, de sorte que la lumière nous vient d'un petit nombre d'étoiles que le ciel il apparaît noir.

Le paradoxe n'est plus, comme l'éternité du cosmos hypothèse est fausse. Même si elle était encore infini dans l'espace, mais pas dans le temps, selon cosmologie communément admise, pour éliminer le paradoxe d'Olbers seulement la décalage vers le rougeLorsque les objets sont assez éloignés, comme je l'ai dit, si vous dépassez la distance que la lumière aurait pu se rendre depuis le Big Bang, leur lumière nous ne ferons pas du tout, Si, au contraire, ils sont plus proches, mais la vitesse de récession est supérieure à celle de la lumière, (la vitesse de la récession ne peut pas être supérieure à la vitesse de la lumière)[peu clair] Il ne sera pas quoi que ce soit de toute façon atteindre. Donc, si l'univers est infini dans l'espace, nous ne serions pas le paradoxe.

Selon le cosmologiste américain la solution au paradoxe Edward Robert Harrison ne se trouve pas dans 'expansion de l'univers, aussi univers statique Il aurait un ciel nocturne. La solution selon Harrison est que les étoiles brillent assez longtemps pour remplir l'univers entier avec leur rayonnement.[3]

notes

  1. ^ Énergie perte de lumière dans l'espace interstellaire et intergalactique
  2. ^ Solution de l'équation de transfert dans une atmosphère de diffusion à symétrie sphérique
  3. ^ Harrison, Edward R.: cosmologie, 2 ed. Cambridge U P (2000), chap. 24: "L'obscurité la nuit« P. 491-506. ISBN 0-521-66148-X

bibliographie

  • Paul Wesson "paradoxe de Olbers et l'intensité spectrale de la lumière de fond extragalactique", The Astrophysical Journal 367, pp. 399-406 (1991).
  • Edward Harrison, Darkness at Night: Une énigme de l'univers, Harvard University Press, 1987
  • Scott, Douglas et Martin White, « Le fond diffus cosmologique (http://www.astro.ubc.ca/people/scott/cmb_intro.html) ».

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