O paradoxo de Olbers: por que o céu noturno é tão escuro? - Mistérios do Universo

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30 de abril de 2015

O paradoxo de Olbers: por que o céu noturno é tão escuro?

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Por que o céu noturno não é uniformemente tão brilhante quanto a superfície do Sol, já que o Universo possui um grande número de estrelas? 



Afinal, se você mover o Sol duas vezes a distância atual para longe de nós, vamos interceptar um quarto dos muitos fótons que vêm da nossa estrela mãe, mas a área angular do Sol contra o fundo do céu cairia para um quarto do que era. Então, sua área permanece constante. Com um número infinito de estrelas, cada elemento do plano de fundo de céu deveria ter uma estrela, e o céu inteiro deveria ser pelo menos tão brilhante quanto uma estrela média, como o Sol.

(Dizemos "pelo menos tão brilhante" porque as estrelas de um universo tão brilhante começariam a absorver o calor de suas vizinhas. Para saber precisamente o que acontece quando uma estrela é aquecida, devemos considerar uma questão técnica de teorias termodinâmicas e nucleares. Não esperamos que essas estrelas se esfriem, mas também não contamos com o seu calor por tempo indefinido. O Paradoxo de Olbers originou-se antes que os físicos tivessem desenvolvido da teoria nuclear de como as estrelas brilham; assim, ele nunca preocupou-se com quantos anos as estrelas podem ter, e como os detalhes das suas transações de energia podem afetar seu brilho.)

O fato do céu não ser tão brilhante como o Sol é chamado paradoxo de OlbersEle foi discutido desde Kepler em 1610 e também por Halley e Cheseaux no século XVIII; Mas não foi popularizado como um paradoxo até Olbers assumir a questão no século XIX.

Há muitas explicações possíveis, que foram consideradas. Aqui estão algumas:
  1. Há muita poeira obscurecendo estrelas distantes;
  2. O Universo tem apenas um número finito de estrelas;
  3. A distribuição das estrelas não é uniforme. Então, por exemplo, poderia haver uma infinidade de estrelas. Elas se escondem atrás umas das outras para que apenas uma finita área angular seja aberta por elas;
  4. O Universo está se expandindo, então, as estrelas distantes estão avermelhado-se na obscuridade;
  5. O Universo é jovem. A luz distante ainda não chegou até nós.
A primeira explicação está simplesmente erradaEm um corpo negro, a poeira iria aquecer rapidamente. Ela agiria como um escudo de radiação, exponencialmente, umedecendo a luz das estrelas distantes. Mas você não pode colocar muita poeira no Universo para se livrar de estrelas brilhantes sem obscurecer também nosso Sol. Então, essa ideia é falha.

A premissa da segunda explicação pode estar tecnicamente correta. Mas o número de estrelas, finitas como deveria ser, é ainda grande o suficiente para iluminar todo o céu, ou seja, a quantidade total de matéria luminosa do universo é muito grande para permitir essa fuga. O número de estrelas está perto o suficiente para o infinito com a finalidade de iluminar o céu. A terceira explicação pode estar parcialmente correta. Não sabemos. Se as estrelas são distribuídas fractalmente, então poderia haver grandes manchas de espaço vazio, e o céu poderia aparecer escuro exceto em pequenas áreas.

Mas as duas possibilidades finais estão certamente corretas e em parte responsáveisExistem argumentos numéricos que sugerem que o efeito da idade finita do universo é o maior de todos. Vivemos dentro de uma concha esférica chamada de "Universo observável", que tem raio igual ao tempo de vida do universo. Objetos mais distantes com cerca de 13.8 bilhões anos de idade, estão muito longe para que sua luz nunca chegar até nós.

Historicamente, Edwin Hubble descobriu que o Universo estava se expandindo, mas antes do Big Bang ser firmemente estabelecido pela descoberta da radiação cósmica de fundo, o Paradoxo de Olbers foi apresentado como prova da relatividade especial. Você precisava do desvio para o vermelho para livrar-se da luz das estrelas. Este efeito certamente contribui, mas a idade finita do universo é o efeito mais importante.

Assista o vídeo:


Referências: AP. J. 367, 399 (1991). O autor, Paul Wesson, é dito ser uma cruzada pessoal para acabar com a confusão em torno paradoxo de Olbers.

Escuridão à noite: um enigma do universo, Edward Harrison, Harvard University Press, 1987

Traduzido e adaptado de: Math
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