Olbers e il cielo nero



A cura di Franco Palerno, ricercatore di fisica della particelle presso l’Università di Boston

Come è possibile che il cielo notturno sia buio nonostante l’infinità di stelle presenti nell’universo?

Questa è la domanda che, sostanzialmente si pose nel 1826 il medico tedesco, nonché astronomo amatoriale Heinrich Wilhelm Olbers. Questo enunciato è passato alla storia come il “Paradosso di Olbers”, anche se in verità una domanda simile se la posero anche Johannes von Kepler (Keplero) nel 1610 ed altri studiosi del ‘600 e del ‘700. Olbers, con il suo enunciato affermava che il cielo notturno non avrebbe potuto essere nero. Affermava ciò sulla base di quello che il mondo scientifico di allora considerava assodato.

L’universo è infinito come dimensioni

L’universo è statico

L’universo esiste da un tempo infinito

L’universo è omogeneo, le stelle sono distribuite in modo uniforme nello spazio

Quest’ultimo punto merita un chiarimento, le prime osservazioni che provavano che quelle che fino ad allora si consideravano nebulose (nubi gassose) erano in realtà agglomerati di stelle (le future galassie) furono effettuate nel 1846 da William Parsons (quindi posteriormente all’enunciato di Olbers), ma il concetto di galassia come raggruppamento di stelle fu universalmente accettato solo in seguito alle osservazioni di Edwin Hubble negli anni 20 del ‘900. Sino ad allora si credeva che le stelle fossero diffuse ovunque, liberamente ed in modo omogeneo, non raggruppate. Sotto queste condizioni, il cielo in effetti non dovrebbe essere nero e punteggiato di stelle, ma totalmente luminoso, e non si sarebbe in grado di distinguere (separare visivamente) una stella dall’altra (vedi disegno in basso a destra).

Facendo un esempio, sarebbe come essere al centro di un grande salone affollatissimo di gente, ovunque noi guardassimo vedremmo volti e teste, ma non riusciremmo a vedere le pareti della sala, ecco, le persone rappresentano le stelle e le pareti lo sfondo nero del cielo notturno.

Per trovare una spiegazione a tale paradosso, nei tempi passati ci fu chi fece notare che la luminosità che riceviamo dalle stelle diminuisce con il quadrato della distanza, per cui la luminosità di una stella 2 volte più distante sarà 4 volte più debole (2 x 2), una stella 3 volte più distante sarà 9 volte più debole (3 x 3). Per cui a distanze sempre più grandi noi non avremmo più potuto vedere le stelle. Ma a questo fu obiettato che, in base alle credenze di allora, dato che l’universo è infinito e le stelle sono distribuite in modo uniforme, se guardiamo 2 volte più distante noi osservando una superficie 4 volte maggiore e vedremo 4 volte più stelle (2 x 2), se guardiamo 3 volte più distante noi osservando una superficie 9 volte maggiore e vedremo 9 volte più stelle (3 x 3).

In pratica, a 2 volte la distanza noi riceviamo da ogni stella 4 volte meno luce MA riceviamo la luce da un numero 4 volte superiore di stelle, e così via per distanze maggiori, per cui, visto che le distanze sono infinite (sempre secondo le credenze del tempo) la quantità di luce è la stessa (meno luce ma più stelle) e, ancora una volta, noi dovremmo vedere il cielo notturno luminoso.

Per cui il “paradosso di Olbers” era ancora inspiegabile.

Quale è allora la spiegazione?

Semplice, erano sbagliate le principali premesse su cui il paradosso si basava. L’universo NON è infinito come dimensioni; l’universo NON è statico ma in espansione; l’universo NON esiste da un tempo infinito e, collegati questi enunciati assume una decisiva importanza anche questo: La velocità della luce non è infinita, è altissima ma finita.

Analizziamo ora le conseguenze di questi enunciati sul Paradosso di Olbers

L’universo NON è infinito come dimensioni.

Questo fatto comporta che non esistano un numero infinito di “strati” sempre più distanti (meno luminosi ma con più stelle) e, conseguentemente, non esista un numero infinito di stelle che possano “riempire il cielo”.

L’universo NON esiste da un tempo infinito e;

La velocità della luce non è infinita, è altissima ma finita.

Questi due enunciati hanno questa conseguenza, possiamo vedere solo le stelle la cui luce ha potuto raggiungerci dalla nascita dell’Universo, ovvero 13,7 miliardi di anni. Altre stelle esistono, ma la loro luce non è ancora arrivata fino a noi, e questo si collega all’ultimo enunciato.

L’universo NON è statico ma in espansione.

L’espansione dell’universo comporta che gli oggetti, su grande scala, si allontanano fra loro, e lo spettro della luce degli oggetti in allontanamento che vediamo subisce uno spostamento verso il rosso (Redshift), e più gli oggetti sono distanti, tanto maggiore è questo spostamento. Oggetti abbastanza distanti avranno un tale spostamento che diventeranno invisibili alle lunghezze d’onda da noi percepite, tali oggetti sono chiamati HERO (Hyper extremely red objects).

Per cui in realtà il paradosso di Olbers era tale solo perché si basava su premesse e credenze errate, applicando i principi della cosmologia moderna il paradosso di Olbers cessa di essere tale.

L’universo non è infinito come dimensioni

L’universo non è statico ma in espansione

L’universo non esiste da un tempo infinito

La velocità della luce non è infinita, è altissima ma finita.

Il paradosso cessa di essere tale.

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