پارادوکس اولبرس: ‌چرا آسمان شب تاریک است؟

این معمای معروف که نخستین بار در سـدهٔ شـانزدهم مـطرح شد، اکنون با نام پارادوکس اولبرس شناخته می‌شود. در سال ۱۸۲۳ ویلهلم اولبرس، منجم آلمانی، این مـعما را به ساده‌ترین شکل بیان کرد: در عالمی نامتناهی، که همه جای آن با ستاره‌هایی بـه اندازه‌های متناهی اشغال شـده اسـت، هر خط دید در هر راستا، هنگامی که در فضا امتداد پیدا کند، در نهایت باید با سطح ستاره‌ای برخورد کند، در نهایت باید با سطح تمام آسمان را بپوشانند. اگر تمام ستاره‌ها شبیه خورشید بـاشند، هر نقطه از آسمان باید به درخشنده‌گی قرص خورشید باشد. اولبرس اگرچه برخلاف آن‌چه معروف است کاشف این معما نیست، اما به‌هرحال آن را به صورت روشنی بیان کرد و نشان داد که حتا اگر سـتاره‌ها بـه‌طور نامرتب و به صورت خوشه‌ای توزیع شده باشند نیز این معما هم‌چنان به قوت خود باقی است.

عالم بی‌کرانه با فضای تخت یا خمیده، که در آن ستاره‌های درخشان تا بی‌کران گسترده‌اند، تـصویر کـیهان شناختی نامعقولی به نظر نمی‌رسد. ولی، این تصویر منجر به نتایجی می‌شود که با تجربه ناسازگار است. آسمان شب تاریک است و درخشش پیوسته‌ای از ستاره‌ها به چشم نمی‌خورد. محاسبه‌ای که نـخستین‌بار در سـال ۱۷۴۴ توسط منجم سوییسی، ژان فیلیپ لوی دو شزو، انجام شد نشان داد که نور ستاره‌ها باید ۹۰ هزار برابر شدیدتر از نور خورشید در سطح زمین باشد. شزو نشان داد که در عالمی نامتناهی، که به‌طور یک‌نواخت با سـتاره‌ها اشـغال شـده است، تنها شمار محدودی از سـتاره‌ها دیـده مـی‌شوند. ستاره‌های مرئی، آسمان را تا فاصله‌ای (که «فاصلهٔ زمینه» نامیده می‌شود) پر می‌کنند و با پیوند به یک‌دیگر زمینه‌ای پیوسته تشکیل می‌دهند؛ ستاره‌هایی کـه در فـواصل دورتـر قرار دارند با ستاره‌های نزدیک‌تر پوشیده می‌شوند و قـابل دیـدن نیستند.

مقایسهٔ این مطلب با جنگل به درک معما کمک می‌کند. در یک جـنگل نـامتناهی، هـر خط (افقی) دید در پایان به تنهٔ درختی منتهی می‌شود. هر جـا کـه ایستاده باشیم، خود را در میان درختانی می‌یابیم که تا زمینهٔ پیوسته‌ای گسترده‌اند. فاصلهٔ زمینه برابر است بـا مـتوسط مـساحتی که هر درخت اشغال می‌کند تقسیم بر ضخامت نوعی تنهٔ درخت در ارتـفاع خـط دیـد. (برای مثال، هر گاه فاصلهٔ درختان از یک دیگر برابر ۵ متر و قطر تنهٔ هر یـک بـرابر نـیم متر باشد، فاصلهٔ زمینه برابر ۵۰ متر می‌شود.)

تعبیر اول

در تعبیر اول فرض می‌شود که استدلال درسـت اسـت و آسمان واقعاً با ستاره‌هایی که بیش‌تر آن‌ها دیده نمی‌شوند پوشیده شده است و مـعما ایـن پرسـش را مطرح می‌کند که برای نور ناپیدای ستاره چه اتفاقی افتاده است؟ شزو و اولبرس هردو این تـعبیر را پذیـرفتند و چنین اظهار نظر کردند که نور هنگام حرکت در فواصل طولانی فضا به کـندی جـذب مـی‌شود. این وضعیت قابل مقایسه با یک جنگل مه آلود است که در آن تنها درختان نزدیک دیده مـی‌شوند و مـه، درختان زمینه را پنهان می‌سازد. این راه حل، با توجه به این‌که محیط مـیان سـتارهٔ جـذب‌کنندهٔ نور به سرعت گرم می‌شود و تابش جذب شده را دوباره تـابش مـی‌کند، بـا شکست روبه‌رو می‌شود. در دههٔ ۱۹۵۰ هرمان باندی نیز این تعبیر را پذیرفت و استدلال کـرد کـه بر اثر انبساط عالم، نور ستاره‌های دور با انتقال به سرخ به صورت نامریی در می‌آید. راه حل انـتقال بـه سرخ به میزان زیادی به فراگیر شدن کیهان‌شناسی کمک کرد، و برای سـال‌ها اعـتقاد بر این بود که تاریک بودن آسـمان شـب حـاکی از انبساط عالم است. اما راه حل انتقال بـه سـرخ باندی در عالمی که محصول مه بانگی است اعتباری ندارد و تنها در عالم پایای در حـال انـبساط، که نادرستی آن در سال ۱۹۵۶ بـا کـشف تابش بـاقی مـانده از مـه بانگ نشان داده شد، قابل استفاده اسـت.

تـعبیر دوم

در این تعبیر که با مشاهده نیز سازگاری دارد فرض می‌شود که آسـمان بـا ستاره‌ها پوشیده شده نیست و بنابراین ادعـای این‌که هر خط دیـد نهایتاً باید با سطح ستاره‌ای بـرخورد کـند گم‌راه‌کننده است. در این حالت، معما در واقع این پرسش را مطرح می‌کند: هنگامی که بـه فـواصل بین ستاره‌ها می‌نگریم، خطوط دیـد مـا بـا چه چیزی روبـه‌رو می‌شود؟ در اوایـل قرن هفدهم، یوهان کـپلر تـعبیر دوم را پذیرفت و اظهار داشت که ما از میان تعداد محدودی ستاره به آسمان می‌نگریم و سـطح تـاریکی را می‌بینیم که عالم را دربرگرفته است. ایـن وضـعیت، قابل مـقایسه بـا جـنگلی با ابعاد محدود اسـت که با دیوارهای بلندی احاطه شده است. راه حل دیگری که با این تعبیر سازگاری دارد و در بـین مـنجمان اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بـیستم هـم طـرف‌دارانی داشـت. ایـن ادعا بود کـه کـهکشان ما -راه شیری – تنها کهکشان موجود در عالم است و ما از میان سـتاره‌ها بـه فـضای نامتناهی، خالی و تاریک فراسوی آن نگاه می‌کنیم. ایـن وضـعیت، قـابل مـقایسه بـا جـنگل محدودی است که از میان درختان آن به دشت بدون درخت فراسوی آن نگریسته شود. در سال ۱۸۴۳، ادگار آلن پو این نظر جدید را پیش کشید که عمر عالم کم‌تر از آن است کـه نور ستاره‌های بسیار دور به ما برسد؛ بنابراین، خطوط دیدی که با ستاره‌ها برخورد نمی‌کنند به تاریکی‌ای منتهی می‌شوند که قبل از تولد ستاره‌ها حاکم بود. لرد کلوین، در سال ۱۹۰۱، به بررسی ریاضی ایـن نـظریه پرداخت. او فرض کرد که عمر ستاره‌ها بیش از ۰۰۱ میلیون سال نوری برای پوشانیدن کل آسمان کافی نیست. ستاره‌های ناپیدا در واقع سر جایشان قرار دارند، ولی چیزی که ما با نگاه کـردن بـه فضا می‌بینیم به دورانی قبل از تولد ستاره‌ها بازمی‌گردد.

محاسبات نوین، نتایج کلوین را تأیید و تکمیل می‌کنند، و ازاین‌رو پارادوکس اولبرس با تعبیر دوم درست است: بـیش‌تر خـطوط دید با ستاره‌ها برخورد نـمی‌کنند. بـل‌که به فضای قبل از تولد عالم منتهی می‌شوند. سرعت نور برابر سیصد هزار کیلومتر بر ثانیه است و در عالمی ایستا که سن آن ۱۰ تا ۲۰ میلیارد سال است، چنین سـنی بـرای آن‌که نور ستاره‌ها از مـناطق بـسیار دور به ما برسد و ستاره‌های مربی آسمان را بپوشاند کافینیست. اگر آسمان شب در عالم ایستا تاریک باشد، آشکار است که در عالم در  حال انبساطی با همان سن، بـه سـبب انتقال به سرخ نور ستاره‌ها، آسمان شب باید تاریک‌تر هم باشد. محاسبات نشان می‌دهند که اثر انتقال به سرخ، درواقع، اثری نسبتاً کوچک است.

معمای قدیمی چرا آسمان شب تـاریک اسـت، در کیهان‌شناسی نـوین حل شده است. در عالم حاصل از مه بانگ، با عمر ۱۰ تا ۲۰ میلیارد سال، نمی‌توانیم ستاره‌های کافی برای آنـ‌که آسمان را بپوشانند ببینیم. در عوض، با نگریستن در فضا به زمان دور آغاز عـالم بـاز مـی‌گردیم و در تمام امتدادها مه بانگ را می‌بینیم که تمام آسمان را فرا گرفته است. انبساط عالم، درخشش خیره‌کنندهٔ مه بـانگ ‌ را کـاهش داده است و تابش آن را با انتقال به سرخ به فرو سرخ نامریی تبدیل کـرده اسـت.

دیدگاه خود را با ما اشتراک بگذارید:

ایمیل شما نزد ما محفوظ است و از آن تنها برای پاسخگویی احتمالی استفاده می‌شود و در سایت درج نخواهد شد.
نوشتن نام و ایمیل ضروری است. اما لازم نیست که کادر نشانی وب‌سایت پر شود.
لطفا تنها در مورد همین نوشته اظهار نظر بفرمایید و اگر درخواست و فرمایش دیگری دارید، از طریق فرم تماس مطرح کنید.