Skoro Wszechświat jest nieskończonym oceanem gwiazd, nocne niebo powinno świecić jak rozżarzona lampa. Każdy fragment ciemności miałby w końcu trafić na jakąś gwiazdę. A jednak, gdy gasną miejskie światła i spojrzymy w górę, widzimy czerń, poprzecinaną punktami światła. To jedno z tych pytań, które brzmi naiwnie, ale prowadzi prosto do fundamentów nowoczesnej kosmologii.
To pytanie ma nawet własną nazwę. Nazywa się paradoksem Olbersa i przez kilka stuleci spędzało sen z powiek astronomom oraz filozofom przyrody.
Wszechświat nie jest wieczny
W XVIII i XIX w. problem wydawał się prosty. Jeśli Wszechświat jest nieskończony, wieczny i jednorodny, a gwiazdy są w nim rozmieszczone mniej więcej równomiernie, to każda linia widzenia powinna kończyć się na powierzchni jakiejś gwiazdy. W takim obrazie nocne niebo nie ma prawa być ciemne. Powinno być równie jasne jak powierzchnia Słońca.
Ten argument w różnych wersjach pojawiał się już u Keplera, później u Edmunda Halleya, a w XIX wieku został jasno sformułowany przez Heinricha Wilhelma Olbersa. I rzeczywiście – w ramach ówczesnej wizji Wszechświata nie dało się go uczciwie rozwiązać. Problem polegał na tym, że sama wizja była błędna.
Kluczowe rozwiązanie przyszło dopiero w XX w. wraz z odkryciem, że Wszechświat nie jest statyczny ani wieczny. Dziś wiemy, że Wszechświat liczy ok. 13,7 mld lat, co potwierdzają m.in. pomiary mikrofalowego promieniowania tła wykonane przez satelity COBE, WMAP i Planck.
To oznacza coś bardzo konkretnego. Światło nie miało nieskończenie dużo czasu, by do nas dotrzeć. Istnieje kosmiczny horyzont obserwowalny – granica, poza którą światło po prostu jeszcze nie zdążyło dolecieć. Nawet jeśli gdzieś tam są gwiazdy lub galaktyki, ich blask nie ma żadnego wpływu na to, co widzimy na nocnym niebie.
Ciemność nocy jest więc w dużej mierze pamiątką po skończonym wieku Wszechświata.
Ekspansja, która gasi światło
Jest jednak drugi, równie ważny element tej układanki. Wszechświat się rozszerza. I to nie jest metafora, tylko zjawisko mierzalne, opisane prawem Hubble’a i potwierdzone obserwacjami przesunięcia ku czerwieni w widmach odległych galaktyk.
W praktyce oznacza to, że światło emitowane przez bardzo odległe obiekty jest “rozciągane” razem z przestrzenią. Jego fala staje się coraz dłuższa, energia maleje, a promieniowanie przesuwa się poza zakres widzialny – w stronę podczerwieni i fal radiowych.
Najlepszym przykładem jest mikrofalowe promieniowanie tła (CMB). To światło wyemitowane, gdy Wszechświat miał zaledwie 380 tys. lat. Kiedyś było gorące i jasne, dziś wypełnia całą przestrzeń jako niemal jednorodne promieniowanie o temperaturze zaledwie 2,7 kelwina. Jest wszędzie, ale nasze oczy go nie widzą.
Nocne niebo nie jest więc naprawdę czarne. Jest pełne światła, tylko że tak starego i tak “rozciągniętego”, że niewidzialnego dla ludzkiego wzroku.
Czerń nocy jako dowód na Wielki Wybuch
Do tego dochodzi jeszcze jeden fakt, często pomijany w intuicyjnych rozważaniach. Gwiazdy mają skończony czas życia. Rodzą się, świecą przez miliony lub miliardy lat, a potem gasną. Wszechświat nie jest wypełniony nieskończoną liczbą wiecznie świecących słońc.
Czytaj też: Skąd się wzięły te trzy gwiazdy? Astronomowie odkrywają zaskakujących gości w Drodze Mlecznej
Z perspektywy kosmicznej historia gwiazd to proces dynamiczny, związany z ewolucją galaktyk, dostępnością gazu i pierwiastków ciężkich. Były epoki, gdy gwiazd powstawało więcej niż dziś, i takie, gdy tempo ich narodzin spadało. To również ogranicza całkowitą ilość światła, jaka kiedykolwiek została wyemitowana.
Paradoksalnie, nocne niebo jest jednym z najmocniejszych argumentów na rzecz teorii Wielkiego Wybuchu. Gdyby Wszechświat był wieczny i statyczny, problem Olbersa pozostawałby nierozwiązywalny. Tymczasem fakt, że noc jest ciemna, idealnie pasuje do obrazu kosmosu, który ma swój początek, rozszerza się i ewoluuje.
Jak zauważał Edwin Hubble, a później George Gamow, odpowiedź na pozornie banalne pytanie o kolor nieba prowadzi do najbardziej fundamentalnych własności rzeczywistości: czasu, przestrzeni i energii.
Patrząc w noc, patrzymy w przeszłość
Gdy więc następnym razem spojrzysz w czarne niebo, pamiętaj, że ta czerń nie oznacza pustki ani braku światła. To zapis ograniczeń samego Wszechświata: jego wieku, rozszerzania się przestrzeni i skończonej prędkości, z jaką informacje mogą do nas docierać. Noc nie jest dowodem na to, że gwiazd jest mało – jest dowodem na to, że kosmos ma początek, ewoluuje i wciąż nie zdążył opowiedzieć nam całej swojej historii.