В физике (да и не только) довольно часто бывает, что те или иные вещи называют не в честь того человека, который их открыл. Одной из таких вещей является так называемый парадокс Ольберса: если Вселенная бесконечна и однородна, то почему мы вообще видим чёрное небо ночью?
Немецкий астроном Вильегльм Ольберс сформулировал парадокс в 1823 году. Но ещё раньше тем же вопросом задавались, например, Эдмунд Галлей (тот самый, в честь которого названа знаменитая комета) или другие учёные. Почему парадокс получил имя Ольберса — неясно. Впрочем, можно соблюсти историческую справедливость и использовать «безличное» название: фотометрический парадокс.
Действительно, если Вселенная бесконечна, то в какую бы сколь угодно малую область неба мы не направили свой взор, рано или поздно наш взгляд «наткнётся» на звезду. Да, видимый размер этой конкретной звезды может быть ничтожно мал, и количество доходящего до нас света будет крайне незначительно. Но ведь то же самое будет наблюдаться в любой точке неба, и в итоге суммарная яркость ночного неба должна быть равна яркости солнечного диска — с поправкой на то, что разные звёзды, конечно, имеют разную яркость. Проще говоря, вместо чёрного ночного небосвода, пронизанного точками звёзд, мы должны наблюдать сияющую сферу.
Но этого не происходит!
И Ольберс, и Галлей объясняли парадокс тем, что до нас доходит свет далеко не от всех существующих звёзд: некоторые из них закрыты от нас облаками космической пыли, поглощающей их свет. И это действительно так: например, эта самая пыль не даёт нам разглядеть невооружённым глазом большую часть звёзд Млечного пути, особенно его центральной части.
Однако это не может быть объяснением парадокса. Дело в том, что Ольберс и Галлей не умели в термодинамику. А сегодня мы знаем, что межзвёздные облака не поглощают свет безвозвратно: нагреваясь, сами начинают светиться. Именно так светятся так называемые эмиссионные туманности.
Эмиссионные туманности «Душа» и «Сердце».
Так что даже если учесть, что не вся энергия тратится на излучение (по теореме о вириале, но мы сейчас про это не будем), абсолютно чёрного неба мы всё равно видеть не должны. И более того: пресловутая сияющая сфера должна наблюдаться, например, в инфракрасном или радиодиапазоне, где поглощение света газопылевыми облаками не работает. Но этого не происходит: даже в микроволновом или радиодиапазоне этого не наблюдается.
Млечный путь с Земли в видимом диапазоне
Он же — в радиодиапазоне
А ведь должно!
Настоящая разгадка фотометрического парадокса состоит в трёх вещах, которые тоже не знали Галлей или Ольберс. Первое: свет имеет конечную скорость распространения. Второе: звёзды имеют конечный срок жизни. Третье, и главное: сама Вселенная также имеет возраст, исчисляемый с момента Большого Взрыва около 13,8 миллиарда лет тому назад.
Соответственно, даже в чистой теории мы, во-первых, не можем увидеть объекты, удалённые от нас больше чем на 14 миллиардов световых лет: свет от них попросту не успел до нас дойти.
Во-вторых, наиболее удалённые от нас области Вселенной мы видим такими, какими они, опять же, были миллиарды лет тому назад — в том числе и до того, когда в них начался процесс звездообразования (по современным представлениям, случилось это спустя примерно полмиллирада лет после Большого Взрыва).
В-третьих, в данной конкретной точке неба может располагаться звезда, которая уже отжила свой срок, истратила топливо и погасла, превратившись в белый карлик или, например, в чёрную дыру.
Поэтому, хотя Вселенная и бесконечно, число наблюдаемых звёзд всё-таки ограничено, хотя, конечно, и очень велико.
