Звездная августовская ночь это самое романтичное и волшебное время. Люди смотрят в небо на падающие звезды, загадывают желания. Но именно в это время, заглядывая фактически во вселенную, человек может почувствовать ограниченность своего разума. Кажется, что мы никогда не сможем понять, что там, в самом дальнем уголке вселенной. А есть ли он, конец? Что такое бесконечность времени и пространства? Но есть и более простой вопрос, который редко кто себе задает, но который и дает ключ к объяснению строения и развития вселенной. Вопрос этот:
«Почему звездное небо черное?» . Большинство людей не подозревают, какой это сложный вопрос. Ведь вплоть до ХХ века на него не было получено удовлетворительного ответа.
Древним людям было проще. Они считали, что над нами черный купол и звезды к нему приклеены. Если спросить у современного человека «сколько звезд на небе?», то большинство ответят, что звезд и галактик бесконечное множество. Однако если подумать подольше и рассуждать логично, то, исходя из того, что звезд на небе бесконечное количество, мы придем к выводу, что небо должно быть все яркое, как Солнце. Действительно, в бесконечной вселенной, все пространство которой заполнено звёздами, всякий луч зрения должен оканчиваться на звезде, аналогично тому, как в густом лесу мы обнаруживаем себя окружёнными «стеной» из удалённых деревьев. Поток энергии излучения, принимаемого от звезды, уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния до неё. Но угловая площадь (телесный угол), занимаемая на небе каждой звездой, также уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, из чего следует, что поверхностная яркость звезды (равная отношению потока энергии к телесному углу, занимаемому на небе звездой) не зависит от расстояния. Во всех точках неба поверхностная яркость должна быть равна поверхностной яркости Солнца, поскольку в любой точке небосвода должна находиться какая-нибудь звезда. Следовательно, всё небо (не только ночью, но и днём) должно быть таким же ярким, как и поверхность Солнца.
На картинке: Иллюстрация фотометрического парадокса в однородной и изотропной, но статической Вселенной. Размеры звёзд для наглядности преувеличены, что не отражается на сути парадокса.
Впервые ученые задумались над данным парадоксом только в 19 веке. Иногда этот фотометрический парадокс называется парадоксом Ольберса, в честь астронома, который первым привлёк к нему внимание.
Правильное объяснение фотометрического парадокса уводит нас от простого предположения о «бесконечности», «вечности» и «статичности» вселенной к построению современной теории образования вселенной и ее развития.
Первое подробное математическое решение парадокса Ольберса было дано Уильямом Томсоном (лордом Кельвином) в 1901 г. Оно основано на
конечности возраста Вселенной. Поскольку (по современным данным) более 13 млрд лет назад во Вселенной не было галактик и квазаров, самые далёкие звезды, которые мы можем наблюдать, расположены на расстояниях около 13 млрд. св. лет. Это устраняет основную предпосылку фотометрического парадокса — то, что звезды расположены на любых, сколь угодно больших расстояниях от нас. Вселенная, наблюдаемая на больших расстояниях, настолько молода, что звезды ещё не успели в ней образоваться. Заметим, что это нисколько не противоречит космологическому принципу, из которого следует безграничность Вселенной: ограничена не вселенная, а только та часть её, где успели за время прихода к нам света родиться первые звёзды.
По самым современным оценкам считается, что вселенная появилась около 13,75 ± 0,11 млрд лет назад. Возраст вселенной это максимальное время, которое измерили бы часы с момента Большого взрыва до настоящего времени.
Самым замечательным подтверждением теории «Большого взрыва», модели образования звезд и галактик и горячей расширяющейся вселенной явилось обнаружение реликтового излучения с температурой 2.7 К американскими учеными А. Пензиасом и Р. Вильсоном. Сначала казалось, что реликтовое излучение однородно по всему объему вселенной. Но в 2006 г. была доказана анизотропия этого излучения. В 2009 г. запущен спутник астрономический спутник Европейского космического агентства Планк, который в настоящее время измеряет анизотропию реликтового излучения с ещё более высокой точностью. Загадка анизотропии является сейчас одной из самых актуальных проблем космологии. Возможно, ее разгадка перевернет наши представления о развитии материального мира.
Правда сие счастливое событие случается в звездном мире крайне редко.
