Γιατί ο νυχτερινός ουρανός είναι μαύρος;

Γιατί ο νυχτερινός ουρανός είναι μαύρος; Ακούγεται σαν μία κουτή ερώτηση, αλλά στο παρελθόν βασάνισε πολλούς αστρονόμους που δεν μπορούσαν να την απαντήσουν!

Σύμφωνα με την παραδοσιακή θεώρηση του Σύμπαντος, πριν τον 20^ο αιώνα, αυτό θεωρούνταν άπειρο. Ήταν μία απλή, και αρχαία, υπόθεση, και κανείς δεν είχε σοβαρό λόγο να πιστεύει κάτι το διαφορετικό. Πάνω σε αυτό βασίστηκαν ιδέες όπως η ‘αιώνια επιστροφή’ του Νίτσε, καθώς και η λύπη του Μεγάλου Αλεξάνδρου όταν πληροφορήθηκε ότι υπάρχουν άπειροι κόσμοι στο Σύμπαν και αυτός δεν είχε καταφέρει να κατακτήσει ούτε έναν. Αλλά κάποια στιγμή ανέκυψε ένα πρόβλημα, το οποίο ονομάστηκε το Παράδοξο του Όλμπερς, από τον Γερμανό αστρονόμο Heinrich Wilhelm Olbers ο οποίος ήταν αρκετά τυχερός ώστε να ασχοληθεί συστηματικά με αυτό όταν δεν του είχε αποδοθεί ήδη το όνομα κανενός άλλου αστρονόμου ή φιλοσόφου.

Το παράδοξο είναι αστρονομικό, αλλά για την κατανόησή του βοηθάει ένα πιο επίγειο παράδειγμα. Φανταστείτε ότι κοιτάζετε μία συστάδα από δέντρα (Σχήμα 1α). Αυτά θα τα βλέπετε σαν διακριτά αντικείμενα στον ορίζοντα, με κενό χώρο ανάμεσά τους. Φανταστείτε τώρα ότι κοιτάζετε ένα ολόκληρο δάσος (Σχήμα 1β). Όσο μακριά και να φτάνει η όρασή σας, κάποια στιγμή θα βρεθεί ένα δέντρο μπροστά της, οπότε αυτό που θα βλέπετε θα είναι ένας αδιαπέραστος τοίχος από δέντρα.

Το ίδιο θα έπρεπε να ισχύει και στο Σύμπαν. Τα άστρα μοιάζουν σε εμάς σαν μικροσκοπικές φωτεινές κουκκίδες με μεγάλα μαύρα κενά μεταξύ τους, αλλά αν υπήρχαν άπειρα άστρα τότε πάντα, οπουδήποτε και αν κοιτούσαμε, το βλέμμα μας θα έπεφτε σε ένα από αυτά (Σχήμα 2). Οπότε ο νυχτερινός ουρανός θα έπρεπε να είναι κατάφωτος, σαν τον ουρανό της ημέρας.

Η πρώτη πιθανή εξήγηση που εξετάστηκε επιστημονικά ήταν ότι υπάρχει αρκετή σκόνη ή αέριο στο Σύμπαν ώστε να απορροφά το φως από τους μακρινούς αστέρες. Αυτό όμως δεν θα μπορούσε να ισχύει, καθότι όλη η ενέργεια από αυτό το φως θα έπρεπε να πάει κάπου, οπότε η διαστρική ύλη θα κατέληγε να φωτοβολεί, επαναφέροντάς μας στην αρχή του προβλήματος. Ο Αμερικάνος ποιητής (και συγγραφέας πρώιμης επιστημονικής φαντασίας) Edgar Allan Poe ασχολήθηκε με το πρόβλημα και πρότεινε, πολύ απλά, ότι το Σύμπαν δεν μπορεί να είναι άπειρο. Αν αυτό είναι πεπερασμένο και αρκετά μικρό, τότε επειδή η ταχύτητα του φωτός είναι και αυτή πεπερασμένη δε βλέπουμε ποτέ αστέρες σε τόσο μεγάλη πυκνότητα ώστε να γεμίζουν τα μαύρα κενά του ουρανού. Η ιδέα του δε λήφθηκε στα σοβαρά τότε (το 1848), αλλά μισό αιώνα αργότερα παρόμοιες ιδέες άρχισαν να εξετάζονται από επιστήμονες. Τελικά, η Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης επιβεβαίωσε αυτή την υπόθεση – πράγματι το παρατηρήσιμο Σύμπαν δεν είναι ούτε άπειρο ούτε αιώνιο.

Αυτό όμως δημιούργησε ένα νέο πρόβλημα. Πριν τη δημιουργία αστέρων και γαλαξιών, όταν το Σύμπαν ήταν ακόμα πολύ μικρό και πυκνό θα πρέπει να ήταν και πολύ φωτεινό. Παντού. Κοιτάζοντας όλο και πιο μακριά στο διάστημα βλέπουμε όλο και πιο παλιά στο παρελθόν, οπότε στην απόσταση που αντιστοιχεί σε εκείνη την πολύ πρώιμη ηλικία του Σύμπαντος θα έπρεπε να βλέπουμε αυτό το φως ομοιόμορφα. Η ίδια θεωρία έδωσε τη λύση και σε αυτό το πρόβλημα. Όσο το Σύμπαν διαστέλλεται, ο ίδιος ο χώρος είναι αυτός που τεντώνεται, και ως συνέπεια το ίδιο παθαίνει και η περίοδος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που διαδίδονται μέσα σε αυτό. Οι ακτίνες φωτός εκείνης της τόσο πρώιμης περιόδου θα έχουν υποστεί τη μεγαλύτερη μεταβολή στην περίοδό τους, οπότε από το ορατό φως θα πρέπει να έχουν μεταπέσει στα μικροκύματα. Αυτή είναι η λεγόμενη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, η ανακάλυψη της οποίας επιβεβαίωσε και τη Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Έτσι, μία φαινομενικά απλοϊκή ερώτηση απαντήθηκε τελικά μόνο όταν αλλάξαμε ριζικά την εικόνα μας για τη φύση του Σύμπαντος.