Το παράδοξο του Όλμπερς – MICHIO KAKU

Ο Νεύτων ήξερε ότι το άπειρο σύμπαν πλήττεται από ένα ακόμα πιο βαθύ παράδοξο. Το παράδοξο του Όλμπερς ξεκινά από την ερώτηση γιατί ο νυχτερινός ουρανός είναι μαύρος. Ήδη από τον καιρό του Κέπλερ, οι αστρονόμοι ήξεραν ότι αν το σύμπαν ήταν ομοιόμορφο και άπειρο, τότε όπου και να κοίταζε κανείς θα έπρεπε να βλέπει το φως άπειρων άστρων. Στρέφοντας το βλέμμα σε οποιοδήποτε σημείο του νυχτερινού ουρανού, η ευθεία της παρατήρησής μας θα έπρεπε να διασταυρώνεται με αμέτρητα άστρα και επομένως η όρασή μας να προσλαμβάνει άπειρο αστρικό φως. Άρα, ο νυχτερινός ουρανός θα έπρεπε να φαίνεται λες και πήρε φωτιά! Το γεγονός ότι ο νυχτερινός ουρανός είναι μαύρος και όχι άσπρος αποτέλεσε αίνιγμα για πολλούς αιώνες.

Το παράδοξο του Όλμπερς, όπως και του Μπέντλεϊ, αν και μοιάζει απλό, έχει ταλανίσει πολλές γενιές φιλοσόφων και αστρονόμων. Και τα δύο παράδοξα βασίζονται στην παρατήρηση ότι, σ' ένα άπειρο σύμπαν, οι βαρυτικές δυνάμεις και οι φωτεινές δέσμες θα έπρεπε αθροιστικά να παράγουν άπειρα και ακατανόητα αποτελέσματα. Στο πέρασμα των αιώνων, δόθηκαν διάφορες λάθος εξηγήσεις. Ο Κέπλερ, αφού προσπάθησε επί μακρόν να λύσει το παράδοξο, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το σύμπαν είναι πεπερασμένο, κλεισμένο σε ένα κέλυφος και, επομένως, στα μάτια μας φτάνει πεπερασμένη ποσότητα αστρικού φωτός.

Τόση ήταν η σύγχυση που δημιουργήθηκε γύρω απ' αυτό το παράδοξο που, όπως αναφέρει μια μελέτη του 1987, το 70 τοις εκατό των εγχειριδίων αστρονομίας δίνουν λάθος απάντηση.

Μια εύκολη λύση στο παράδοξο του Όλμπερς είναι να υποθέσουμε ότι το αστρικό φως απορροφάται από νέφη σκόνης. Αυτή την απάντηση έδωσε ο ίδιος ο Χάινριχ Βίλχελμ Όλμπερς το 1823 όταν διατύπωσε το παράδοξο.

Ο Όλμπερς έγραφε: “Είναι ευτύχημα που στη Γη δε φτάνει αστρικό φως από κάθε σημείο του ουρανίου θόλου! Απ' την άλλη όμως, με τόση λαμπρότητα και θερμότητα, περίπου 90.000 φορές περισσότερη απ' όση αντιλαμβανόμαστε, ο Παντοδύναμος θα μπορούσε να είχε σχεδιάσει οργανισμούς ικανούς να προσαρμόζονται σε τέτοιες ακραίες συνθήκες”. Για να εξηγήσει το γεγονός ότι η Γη δεν περιβάλλεται “από ένα υπόβαθρο φωτεινό σαν το ηλιακό δίσκο”, ο Όλμπερς υποστήριξε ότι η έντονη θερμότητα απορροφάται από νέφη σκόνης, επιτρέποντας έτσι την ύπαρξη ζωής στη γη. Για παράδειγμα, το διάπειρο κέντρο του Γαλαξία μας, που κανονικά θα έπρεπε να δεσπόζει με το φως του στο νυχτερινό ουρανό, κρύβεται πίσω από νέφη σκόνης. Αν κανείς κοιτάξει προς τον αστερισμό του Τοξότη, όπου βρίσκεται το κέντρο του Γαλαξία, δεν θα δει εκτυφλωτικό φως, αλλά μαύρο σκοτάδι.

Όμως ούτε αυτή η εξήγηση λύνει ικανοποιητικά το Παράδοξο του Όλμπερς. Μετά από άπειρο χρόνο, τα νέφη σκόνης θα απορροφούσαν το φως των απειράριθμων άστρων, με αποτέλεσμα να γίνουν λαμπρά σαν τα ίδια τα άστρα. Θα έπρεπε, δηλαδή, να φέγγουν έντονα στο νυχτερινό ουρανό.

Εναλλακτικά, θα μπορούσε κανείς να υποθέσει ότι όσο πιο μακριά βρίσκεται ένα άστρο, τόσο πιο αδύναμη είναι η λάμψη του. Αυτό όμως, αν και σωστό, δε λύνει το παράδοξο. Κοιτώντας μια περιοχή του νυχτερινού ουρανού θα δούμε ότι τα μακρυνά άστρα λάμπουν όντως λιγότερο, αν όμως κοιτάξουμε πιο μακριά θα διαπιστώσουμε ότι υπάρχουν κι άλλα. Οι δύο αυτές επιδράσεις θα αλληλοεξουδετερώνονταν σε ένα ομοιόμορφο σύμπαν και επομένως ο νυχτερινός ουρανός θα ήταν άσπρος. (Αυτό συμβαίνει διότι η ένταση του αστρικού φωτός μειώνεται κατά το τετράγωνο της απόστασης, πράγμα που εξουδετερώνεται απ' το γεγονός ότι ο αριθμός άστρων αυξάνεται κατά το τετράγωνο της απόστασης).

Παραδόξως, το παράδοξο λύθηκε τελικά από τον αμερικανό συγγραφέα μυστηρίου Έντγκαρ Άλαν Πόε, που ασχολούνταν ερασιτεχνικά με την αστρονομία. Λίγο πριν πεθάνει, δημοσίευσε τις παρατηρήσεις του σε ένα πληθωρικό ποίημα φιλοσοφικού χαρακτήρα που έφερε τον τίτλο Εύρηκα: Ένα Πεζό Ποίημα. Σε ένα αξιοσημείωτο απόσπασμα ο Πόε έγραφε:

Αν η διαδοχή των άστρων ήταν ατέρμονη, το υπόβαθρο του ουρανού θα φαινόταν ομοιόμορφα φωτεινό, σαν αυτό του Γαλαξία – αφού δεν θα υπήρχε ούτε ένα σημείο του όπου να μην υπάρχει κάποιο άστρο. Άρα, με αυτό το δεδομένο, ο μόνος τρόπος να εξηγήσουμε τα κενά που εντοπίζουν τα τηλεσκόπιά μας προς όλες τις κατευθύνσεις, είναι να υποθέσουμε ότι η απόσταση του αόρατου υπόβαθρου [είναι] τόσο πελώρια που ούτε μια του ακτίνα δεν έχει φτάσει ακόμη σ' εμάς.

Ο Πόε καταλήγει σημειώνοντας πως η ιδέα “παραείναι όμορφη για να μην είναι κατ' ουσίαν Αληθής”.

Πράγματι, αυτό είναι το κλειδί για τη σωστή απάντηση. Η ηλικία του σύμπαντος δεν είναι άπειρη. Κάποια στιγμή, υπήρξε Γένεση. Υπάρχει ένα πεπερασμένο όριο στο φως που φτάνει στα μάτια μας. Το φως των πιο μακρυνών άστρων δεν έχει φτάσει ακόμα σ' εμάς. Ο κοσμολόγος Έντουαρντ Χάρισον, ο άνθρωπος που ανακάλυψε ότι ο Πόε είχε λύσει το Παράδοξο του Όλμπερς, γράφει: “Όταν πρωτοδιάβασα το κείμενο του Πόε, έμεινα εμβρόντητος: Πως μπορεί ένας ποιητής, ή στην καλύτερη περίπτωση ένας ερασιτέχνης επιστήμονας, να συνέλαβε τη σωστή εξήγηση πριν από 140 χρόνια, όταν στο κολέγιό μας διδάσκεται ακόμα... λάθος εξήγηση;”

Το 1901, ο σκοτσέζος φυσικος λόρδος Κέλβιν βρήκε κι αυτός τη σωστή απάντηση. Κατάλαβε ότι όταν κοιτάμε το νυχτερινό ουρανό, τον βλέπουμε όπως ήταν στο παρελθόν, όχι όπως είναι τώρα, αφού η ταχύτητα του φωτός, αν και ασύληπτη για τα γήινα δεδομένα (299.792 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο), δεν παύει να είναι πεπερασμένη και επομένως το φως των μακρινών άστρων αργεί να φτάσει στη Γη. Ο Κέλβιν υπολόγισε ότι για να είναι λευκός ο νυχτερινός ουρανός, η ηλικία του σύμπαντος θα έπρεπε να ανέρχεται σε εκατοντάδες τρισεκατομμύρια έτη φωτός. Όμως αυτό δεν ισχύει, οπότε ο ουρανός είναι μαύρος. (Υπάρχει κι ένας δεύτερος λόγος που ο νυχτερινος ουρανός είναι μαύρος: ότι τα άστρα έχουν πεπερασμένη διάρκεια ζωής, συνήθως μερικά δισεκατομμύρια χρόνια).

Πρόσφατα, η ορθότητα της λύσης του Πόε επιβεβαιώθηκε και πειραματικά με τη βοήθεια των δορυφορικών διαστημικών τηλεσκοπίων όπως το Χαμπλ. Αυτά τα ισχυρά τηλεσκόπια μας βοηθούν να απαντήσουμε και σ' ένα άλλο ερώτημα, που θέτουν ακόμα και μικρά παιδιά: που βρίσκεται το πιο μακρυνό άστρο; Και τι υπάρχει πα απ' αυτό; Για να απαντήσουν σ' αυτά τα ερωτήματα, οι αστρονόμοι προγραμμάτισαν το διαστημικό τηλεσκόπιο Χαμπλ, να εκτελέσει μια κοσμοϊστορική εντολή: να φωτογραφήσει το πιο μακρινό σημείο του σύμπαντος. Για να συλλάβει τις αδύναμες εκπομπές που φτάνουν από τις πιο μακρυνές γωνιές του σύμπαντος, το τηλεσκόπιο έπρεπε να κάνει κάτι που επιχειρούνταν για πρώτη φορά: να στοχεύσει συνεχόμενα στο ίδιο ακριβώς σημείο του ουρανού, κάπου κοντά στον αστερισμό του Ωρίωνα, για εκατοντάδες ώρες. Για να γίνει αυτό, έπρεπε το τηλεσκόπιο να παραμείνει απόλυτα ευθυγραμμισμένο για όσο διαρκούν 400 περιφορές της Γης. Το εγχείρημα ήταν τόσο δύσκολο που για να πετύχει χρειάστηκαν πάνω από τέσσερις μήνες.

Το 2004, έκανε την εμφάνισή της στα πρωτοσέλιδα όλου του κόσμου μια απίστευτη φωτογραφία. Έδειχνε 10.000 νεαρούς γαλαξίες να αναδύονται απ' το χάος της Μεγάλης Έκρηξης. “Ήταν σαν να βλέπουμε σε φωτογραφία το τέλος της αρχής”, δήλωσε ο Άντον Κοεκεμόερ του Ινστιτούτου Επιστήμης του Διαστημικού Τηλεσκοπίου. Στη φωτογραφία διέκρινε κανείς ένα σύμπλεγμα από αμυδρούς γαλαξίες που απέχουν πάνω απο 13 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη – που, δηλαδή, το φως τους έκανε 13 δισεκατομμύρια χρόνια να φτάσει στον πλανήτη μας. Δεδομένου ότι η ηλικία του σύμπαντος είναι 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια, αυτό σημαίνει ότι οι συγκεκριμένοι γαλαξίες σχηματίστηκαν περίπου μισό δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη δημιουργία, τότε που οι πρώτοι γαλαξίες και τα πρώτα άστρα πρόβαλλαν από τη “σούπα” αερίων που άφησε πίσω της η Μεγάλη Έκρηξη. “Χάρη στο Χαμπλ, φτάσαμε σε απόσταση αναπνοής από τη Μεγάλη Έκρηξη”, δήλωσε ο αστρονόμος του Ινστιτούτου Μάσιμο Στιβαβέλι.

Αυτό όμως εγείρει το εξής ερώτημα: τι υπάρχει πέρα από τους πιο μακρυνούς γαλαξίες; Εξετάζοντας προσεκτικά τη φωτογραφία, το μόνο που φαίνεται να υπάρχει ανάμεσα στους γαλαξίες είναι σκοτάδι, το σκοτάδι που κάνει το νυχτερινό ουρανό να φαίνεται μαύρος. Είναι το όριο που είδαμε ότι ισχύει για το φως που φτάνει σ' εμάς από τα πιο μακρυνά άστρα. Μόνο που, στην πραγματικότητα, αυτή η μαυρίλα είναι η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Επομένως, η τελική απάντηση στο ερώτημα γιατί είναι μαύρος ο νυχτερινός ουρανός, είναι ότι ο νυχτερινός ουρανός δεν είναι καθόλου μαύρος. (Αν τα μάτια μας μπορούσαν να διακρίνουν εκτός απ' το ορατό φως και τη μικροκυματική ακτινοβολία, κάθε νύχτα θα βλέπαμε την ακτινοβολία της Μεγάλης Έκρηξης. Αν τα μικροκύματα συλλαμβάνονταν απ' την ανθρώπινη όραση, τότε θα βλέπαμε ότι αυτό που υπάρχει πέρα απ' το πιο μακρυνό αστέρι δεν τίποτε άλλο από τη δημιουργία την ίδια).

MICHIO KAKU

ΠΑΡΑΛΛΗΛΟΙ ΚΟΣΜΟΙ

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ ΕΛΕΝΑ ΠΙΣΣΙΑ

ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΘΕΟΦΑΝΗΣ ΓΡΑΜΜΕΝΟΣ, Δρ. ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΣ ΦΥΣΙΚΟΣ

ΕΚΔΟΤΙΚΟΣ ΟΙΚΟΣ ΤΡΑΥΛΟΣ