Фотометричний парадокс

Фотометричний парадокс

       

Безмежний, незвіданий, таємничий Всесвіт

      Тиха ніч. Ми піднімаємо свій погляд вгору і бачимо зоряне небо. Ми задивляємось у його сріблясте мереживо і запитуємо себе: що там? А там – космологічний парадокс. Взагалі то їх є декілька, та поговоримо про фотометричний. 

        Не підлягає сумніву той факт, що Всесвіт є безмежний і, очевидно, у безмежному Всесвіті існує нескінченне число зір. Світло небесних світил поширюється у всіх напрямках, заповнюючи своїм випромінюванням увесь простір. Але чому безмежна кількість зір дає так мало світла?

     
   Нехай зорі розміщено у Всесвіті більш – менш рівномірно. Тоді число зірок, що лежать у сфері радіуса R, у центрі якої розміщено Землю, зростає пропорційно R³.

( N = n•V = 4πR³•n/3 ~ R³, де n- концентрація зірок).

В той же час, інтенсивність світла від кожної зірки, зменшується пропорційно 1/ R².

Енергію, котру випромінює зірка, позначимо через J. Тоді на одиницю площі S,  котра розміщена на відстані R₁ припадає енергія

 J₁ = J• S/4π R₁². 

 На ту ж саму площу  S, розміщену на відстані R₂ припадає відповідна енергія 

 J₂ = J• S/4π R₂². 

З наведених формул бачимо, що дійсно інтенсивність світла зір зменшується обернено пропорційно квадрату відстані до них.

        Оскільки число зір зростає із відстанню пропорційно R³, а інтенсивність світла зменшується пропорційно 1/R², то повна інтенсивність світла від зірок, що знаходяться всередині сфери, пропорційне R. Але оскільки Всесвіт – безмежний (R→∞), то 

нічне небо повинно сяяти «яскравіше тисячі Сонць». 

        Цей парадокс відомий давно, проте його розгадку навіть сьогодні неправильно трактують у більшості підручників з астрономії. Відразу зауважу, що поглинання світла зір міжзоряною речовиною не може бути правильним, оскільки пилові хмари поступово нагрілися б далекими зорями і почали б випромінювати стільки світла, скільки поглинають. Пояснення фотометричного парадоксу тим, що Всесвіт не є безмежним, розглядати немає сенсу в силу неправильності такого твердження.

        Як не дивно, першою людиною, котра правильно пояснила парадокс, став Едгард По, відомий американський автор детективів. ( Згадай іншого майстра пера С.Лема, праця якого допомогла фізикам у розв'язку задачі на безмежний ланцюжок ).

        Одним із захоплень Е.А.По була астрономія, деякі міркування над цією наукою він опублікував у філософській поемі «Еврика. Прозаїчна поема». Саме в цій роботі автор написав, що оскільки вік Всесвіту не є безмежним, то нашому погляду відкрито лише деяку частину зоряного світу. Світлу найбільш віддалених зірок недостатньо часу, щоб долетіти до Землі. 

Саме цей фактор, а також те, що вік зірок є конечним і пояснює чорноту нічного неба. Як доказ – фотографії, надіслані із телескопа Хаббла.