Фотометрический парадокс

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск

Данный парадокс обыгрывает противоречие между темнотой ночного неба и идеей бесконечной стационарной Вселенной, равномерно заполненной звездами. Впервые сформулирован швейцарским астрономом Жаном Шезо в 1744 г. и вновь переоткрыт немецким астрономом Генрихом Ольберсом в 1823 г. (Еще раньше аналогичную идею высказывали Эдмонд Галлей и Иоганн Кеплер, но они не сформулировали этот парадокс в законченном виде).

Описание[править]

В бесконечной стационарной Вселенной, равномерно заполненной звездами, ночное небо должно ослепительно сиять, поскольку, в каком бы направлении мы не смотрели, наш взгляд должен наталкиваться, как минимум, на одну звезду. Казалось бы, если звезда чрезвычайно удалена, то интенсивность ее излучения должна чрезвычайно ослабевать, и мы не должны ее видеть. Но яркость звездного излучения, доходящего до нас, зависит не только от расстояния до звезды, но еще и от телесного угла, под которым мы видим эту звезду. Энергия звездного излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния до звезды, но площадь поверхности звезды, от которой зависит ее поверхностная яркость, также уменьшается обратно пропорционально расстоянию до нее. А поскольку поверхностная яркость звезды равна:

P = E/α, где P - поверхностная яркость звезды, E - энергия ее излучения, воспринимаемая приемником, α, - угол, под которым мы видим звезду,

то, следовательно, поверхностная яркость звезды не зависит от расстояния до нее. То есть, на большом расстоянии от звезды мы должны воспринимать ее такой же яркой, как и вблизи. Поскольку наше Солнце относится к наиболее распространенному типу звезд во Вселенной, то, следовательно, наше ночное небо должно сиять с яркостью Солнца...

Первые попытки решения[править]

Самая первая попытка разрешить этот парадокс (она приписывается Ольберсу) состояла в идее, что облака космической пыли экранируют от нас излучение далеких звезд. Хотя такое физическое явление действительно существует, но разрешить фотометрический парадокс оно все же не может: под действием столь сильного излучения сама космическая пыль должна нагреваться и светиться с немногим меньшей яркостью.

Еще одну попытку предпринял шведский астроном Карл Шалье. В 1908 году он выдвинул идею, что наша Вселенная устроена иерархически: отдельные звезды в ней образуют галактику первого порядка, галактики первого порядка образуют галактику второго порядка (Метагалактику) и т.д. Поскольку при такой структуре Вселенной плотность материи в ней непрерывно уменьшается по мере перехода к структурам более высокого порядка, то фотометрический парадокс в ней не имеет места. Однако позднее было доказано, что в больших масштабах наша Вселенная однородна и изотропна, т.е. плотность материи в ней постоянна.

Решение парадокса[править]

Настоящее решение этот парадокс получил только в теории нестационарной Вселенной. Эта теория утверждает, что у нашей Вселенной было горячее начало - Большой Взрыв, - и в настоящий момент она расширяется. Горячее начало Вселенной подтверждается наличием в ней реликтового фона - космического излечения с чрезвычайно низкой температурой, - открытого американскими астрофизиками Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном в 1933 г., а ее расширение - красным смещением в спектрах галактик, открытым американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 г. Наличие такого смещения в спектрах галактик говорит о том, что они удаляются от нашей галактики с тем большей скоростью, чем дальше они от нас расположены. Поскольку наша галактика не может считаться центром Вселенной, то такое смещение относительно. Объяснить его можно только тем, что расширяется само пространство нашей Вселенной.

В такой теории фотометрический парадокс объясняется просто. Поскольку 15 млрд. лет назад (примерное время Большого Взрыва) во Вселенной не было ни звезд, ни галактик, то самые далекие звезды, которые мы можем наблюдать, расположены от нас на расстоянии не более 15 млрд. световых лет. Это устраняет основную предпосылку данного парадокса - то, что звезд бесконечно много и они располагаются на любом, сколь угодно большом расстоянии от нас. На расстояниях более 15 млрд. световых лет звезды в нашей Вселенной просто еще не успели образоваться, оставляя таким образом в ней достаточно пустого пространства...

Дополнительный (существенно меньший) вклад в уменьшение яркости ночного неба вносит красное смещение в спектрах галактик. Чем дальше от нас удалены эти галактики, тем больше это смещение. В видимом спектре излучают только звезды не слишком удаленных от нас галактик. Более далекие галактики излучают уже в инфракрасном и радиодиапазоне, т.е невидимы для обычного зрения. Излучение же самых удаленных от нас галактик не выделяется из реликтового фона...

Ссылки[править]