Paradoks noćnog neba

Detalji: Kategorija: Fizika; Datum kreiranja: nedelja, 07 februar 2021 19:42; Autor Dragan Tanaskoski

Kada pogledamo u noćno nebo, šta vidimo? Zvezde, Mesec, po neku planetu ali najveći deo je potpuno mračan. Ako se zamislimo, ne bi trebalo da je tako. U našoj galaksiji ima oko 200 do 400 milijardi zvezda, a u vidljivom svemiru 200 milijardi galaksija. Zar ne bi trebalo da noćno nebo ne bude mračno.

Prvo šta nam pada da su zvezde i galaksije daleko i da svetlost koja stiže do nas nije dovoljno jaka da je vidimo. Ali matematika pokazuje, ako su galaksije ravnomerno raspoređene, da što su dalje od nas, da ih ima više i da svojim brojem nadoknađuju slabljenje svetlosti koje stiže do nas. Tako da bi i udaljene galaksije, u zbiru, trebalo da nam donesu isto svetla kao i bliže, tako da bi noćno nebo trebalo da bude svetlo. Ali zašto je crno? To se zove Paradoks noćnog neba, ili Olbersov paradoks i nauci je bilo potrebno 500 godina da ga reši.

Kepler (1571–1630) je prvi razmišljao o tom problemu i, predložio je da svemir nije beskonačan i homogen, tj. da u njemu nema dovoljno svetlećih objekata da bi nam noćno nebo bilo svetlo.

Olbers (1758–1840), po kome je paradoks dobio ime, tragao je za rešenjem u kome je svemir beskonačan i predložio je da u svemiru ima gasa i prašine koja blokira dolazak svetla do nas. Ali ako je svemir beskonačan, tada bi se taj gas pod dejstvom zračenja zvezdi na kraju ugrejao i on sam bi zračio svetlošću.

Vratimo se na Keplerov model, ograničenog svemira. U tom slučaju, gravitacija bi takav ograničen svemir posle dovoljno vremena urušila u jednu tačku, zbog privlačenja tela. Znači, ako je svemir beskonačan, noćno nebo bi bilo svetlo, ako je konačan, urušio bi se u sebe. A ne vidimo ni jedno od toga dva.

Habl (1889–1953) je koristeći veliki teleskop utvrdo da su nebule, magline, zapravo udaljene galaksije. I da se one udaljavaju od nas. Zapravo, što su dalje od nas, njihova brzina udaljavanja je veća! Znači svemir nije statičan a ni ne urušava se sam u sebe, nego se širi.

Pošto se svemir širi nameće se ideja da je u prošlosti sve bilo bliže jedno drugo, zvezde, galaksije. Ovde se nameće interesantno pitanje. Ako je svemir krenuo iz velike eksplozije, tzv. Velikog praska, tada su hipotetički posmatrači u njemu, u jednom periodu imali kompletno svetlo noćno nebo. Kada je to poslednji put bilo da su se galaksije dovoljno udaljile da su počeli da se pojavljuju tamni delovi na noćnom nebu?

Smatra se da se Veliki prasak desio pre 14 milijardi godina, i da je time nastao svemir.

I dalje ostaje pitanje zašto je noćno nebo tamo. Prvo da se podsetimo Doplerovog efekta. Slika 1.

Slika 1. Vozilo stoji. Ton je postojan. Vozio se kreće. Vozilo dolazi do nas, prolazi pored nas, i odlazi, ton je prvo viši a zatim naglo pada na niže kako nas je vozilo prošlo. Razlog je što zvuk talasne prirode i u prvom slučaju put za talas, talasna dužina se smanjuje, što daje viši ton a u drugom povećava čineći da se talasna dužina tona povećava dajući niži ton.

S obzirom da je svetlost talasne prirode, udaljavanje galaksija čini da se menja talasna dužina vidljive svetlosti, da se pomera ka dužim, crvenim talasnim dužinama. To se zove crveni pomak (eng. red shif). Ako su galaksije dovoljno udaljene, njihova brzina udaljavanja vidljivu svetlost pomera u infracrvenu, za ljudsko oko nevidljivu svetlost. Zbog toga će sledeći svemirski teleskop James Web prikuplja infracrvenu, nama nevidljivu svetlost. I time će moći da vidi dalje od Habl teleskopa. Ovim smo došli do jednog razloga zašto noćno nebo nije svetlo. Zato što svetlost stiže u infracrvenom spektru koje ljudsko oko ne može videti.

Da vidimo drugi razlog. Znamo da je najveća brzina u kosmosu, brzina svetlosti (300.000.000 km/s) i da je to velika brzina, po našim ljudskim merilima. Ali to je mala brzina kada je u pitanju veličina svemira. Kada bismo imali brod koji se kreće brzinom svetlost, milijarde godina bi nam trebale da stignemo svuda gde bismo želeli.

Slika 2. Nama najbliža galaksija Andromeda. Daleko je 2,5 miliona svetlosnih godina od nas. I da imamo svemirski brod koji ide brzinom svetlosti, opet je loša situacija. Na Zemlji bi prošlo 2,5 miliona godina. Brzina svetlosti i nije baš tako velika brzina.

Ništa ne može da se kreće brže od brzine svetlosti. Obratite pažnju, to dovodi do zaključka da jedino ništa može da se kreće brže od svetlosti. A šta je ništa? Prostor! Tačnije prostor i vreme! Obe veličine merimo metrima i sekundama, poimamo ih kao koncept, kao nešto što imao smisao ali nam istinski izmiče. Prostor-vreme (o tome pogledajte više ovde) se širi brzinom većom od brzine svetlosti, šireći vasionu od Velikog praska do danas.

Sve ovo nas vodi do zaključka da zbog konačne brzine svetlosti, veka svemira od 14 milijardi godina, svetlost mnogih galaksija nije stigla do nas. Stvar se dodatno komplikuje sa udaljenim delovim univerzuma koji se šire brzinom većom od brzine svetlosti, svetlost iz tih delova nikada neće stići do nas.

Slika 3. Zbog širenja prostor-vremena na dovoljno velikoj daljini od nas, svetlost van kruga, nikada neće stići do nas. U odnosu na nas tamo je širenje prostora brzinom većom od brzine svetlosti, tako da iako je svetlost galaksija van kruga krenula u našem smeru, udaljava se od nas i nikada neće zasvetleti na našem noćnom nebu. Dok će svetlost unutar kruga na kraju stići do nas.

Naše noćno nebo koje vidimo je samo sićušan deo cele vasione. Taj deo zovemo vidljiva vasiona. Nevidljiva ostaje zauvek nevidljiva i ona raste jer periferni rubovi vidljive vasione prelaze u nevidljivu vasionu. O veličini vasione i njenoj nesagledivosti pisali smo ovde.