Olbers paradoxon

Az Olbers-paradoxon grafikus ábrázolása

Az Olbers-paradoxon (alternatív helyesírási Olbers-paradoxon ) az eredő ellentmondást mutatja a fényes éjszakai égbolt és annak tényleges sötét megjelenésének előrejelzésében.

kifejezés

A kifejezést Hermann Bondi alkotta 1952-ben. Heinrich Wilhelm Olbers 1823-ban fogalmazta meg ezt a problémát, miután más tudósok már megfontolták a versengő kozmológiai modellekkel kapcsolatban . Ez vonatkozik világmodelleket hogy megfelelnek a tökéletes kozmológiai elv , azaz Más szavakkal, feltételezzen egy végtelenül kiterjedt univerzumot, és feltételezzen ebben csillageloszlást még nagy távolságokra is . Ilyen körülmények között, megfelelő hosszú idő elteltével, egy csillag fényének minden irányból el kellett volna érnie a földet, és az égnek legalább olyan fényesnek kell lennie, mint a csillag felszíne. Ez ellentmond a sötét éjszakai égbolt megfigyelésének, és történelmi érv volt az ilyen modellek ellen.

Lásd még: ernyő kifejezés paradoxon

A modellek történeti fejlődése

Thomas Digges homogén csillageloszlás A Caelestiall Orbes tökéletes leírása című cikkében .

A kopernikuszi változás eredményeként különböző kozmológiák alakultak ki, amelyek különböztek a csillagok megoszlásában az univerzumban. 1543-ban a De revolutionibus orbium coelestium című művében Kopernikusz arra a véleményre jutott, hogy a csillagok az univerzum legkülső mozdulatlan héjában vannak. Modellje véges számú csillagot tartalmaz, véges távolságban a naptól, tehát nem homogén és hierarchikus.

Thomas Digges a rögzített csillagok ilyen gömbjét tudományosan tarthatatlannak nyilvánította, és 1576-ban A Caelestial Orbes tökéletes leírása című könyvében a csillagok homogén eloszlását javasolta egy végtelen univerzumban. Az 1572-es szupernóva csillag volt számára, aki egy távoli, láthatatlan zónából közelebb került és így láthatóvá vált. Digges számára "a csillagok többsége láthatatlan volt a távolság miatt".

Szintén Giordano Bruno és Galileo Galilei a Sidereus Nuncius (1610) álló világegyetem végtelen számú napok, azt feltételezték, a megfigyelt rögzített csillagok távoli napok.

A Johannes Kepler által 1610-ben leírt paradoxon ezekből a modellötletekből következett . Így erős érvelése volt az univerzum végtelensége ellen (vagy a rögzített csillagos ég végtelen mélysége ellen).

A 18. század a paradoxonnal is foglalkozott, például Edmond Halley említette 1720 - ban és Jean-Philippe de Chéseaux , és Johann Heinrich Lambert is tudta.

Olbers megfogalmazása

„Ha valóban napok vannak a végtelen térben, akkor ezek körülbelül azonos távolságra vannak egymástól, vagy eloszlanak a Tejútrendszer rendszerében, akkor számuk végtelenné válik, és az egész égnek olyan fényesnek kell lennie, mint a nap. Mert minden olyan vonal, amelyet el tudok képzelni a szemünk által rajzolva, szükségképpen találkozik valami rögzített csillaggal, és ezért az ég minden pontjának rögzített csillagfényt, vagyis napfényt kellene küldenie nekünk. "

Pontos megfogalmazás

Ha a háromdimenziós univerzum teljesíti a következő 1–5 tulajdonságokat, akkor a földi ég végtelen idő után végtelenül fényes:

  1. Végtelenül kiterjed minden irányba.
  2. Minden csillagnak véges mérete és fényereje van.
  3. A föld körül sugárzó gömb csillagainak száma végtelenül megközelíti ( homogén csillageloszlás kozmológiai léptékben).
  4. A csillagok száma e szféra minden szakaszában a végtelen felé halad ( izotrópia kozmológiai léptékben a csillagok homogén eloszlásában).
  5. A csillagok és az univerzum soha nem változnak (statikus univerzum).

Az 1. és 2. körülmények között említett állításokat már a 16. században elfogadták, a csillagok véges élettartama még nem volt ismert. A Digges által feltételezett csillageloszlás, amely nagy léptékben homogénnek és izotropnak írható le, akárcsak a 3. és a 4. körülmények között, közvetlen reakció volt a Copernicus térbeli inhomogén csillageloszlására. Ha a csillagok örök életét feltételezzük, akkor már végtelen mennyiségű fény jutott volna a földre.

Az Olbers-paradoxon illusztrációja

Az erdő, mint az olberi paradoxon analógiája: minden (vízszintes!) Látóvonalban van egy fa.

A paradoxon jobb szemléltetése érdekében képzelje el a földet egy sík közepén. Ha a világegyetem nagyjából mindenhol ugyanaz lenne és korlátlan méretű lenne, akkor a megfigyelő az összes csillagot ebben a sugárban látná az r távolságon belül (összehasonlítható a horizont vonallal). Az égitest látszólagos mérete a megfigyelőtől való távolsággal arányosan csökken. Ha megnöveli ezt a látóvonalat x-szel (r + x) , akkor a csillagok száma kvadratikusan, azaz x²-rel növekszik , bár a benne lévő csillagok x gyöke által kisebbnek tűnnek. Ha összehasonlítja a két sugár "teljes fényerejét", láthatja, hogy mindkettő megfelel egymásnak. Ez azt jelenti, hogy függetlenül attól, hogy egy megfigyelő milyen messzire nézhet, a láthatáron látható csillagok együttes száma a távolsággal egyenes arányban növekedne. Ha azt is feltételezzük, hogy az univerzum korlátlan méretű és a fénynek korlátlan ideje van elérni minket, az azt jelentené, hogy soha nem tud sötétedni a földön. Ez azt jelenti, hogy a földön ugyanazon hőmérsékletnek kell érvényesülnie, mint a világegyetem bármely más pontjának, mint a kb. 6000 K-os napon.

Történeti magyarázatok

A paradoxon történetében sok javaslatot vitattak meg annak megoldására. A legnyilvánvalóbb megoldás az a feltételezés, hogy a távoli csillagok fényének terjedése akadályozott, és a por- és gázfelhők elnyelik a csillagfényt. Ezt a megoldást javasolta Olbers. Ahogy John Herschel már felismerte, ez nem ad magyarázatot, mivel a felhők addig melegítenek, amíg a kibocsátásuk meg nem egyezik a felszívódásukkal.

Benoît Mandelbrot az Olbers-paradoxont ​​tárgyalja a természet fraktálgeometriája 1977- ben című könyvében . A világegyetem tömegeinek hierarchikus ( fraktál ) elrendezésével elkerülhető a paradoxon, mivel Edmund Edward Fournier d'Albe (1868–1933) író először 1907-ben megjelent Két új világ című könyvében megmutatta, hogy Fournier csak az elv bemutatásával foglalkozik, és nem reális modellel. Ezt felvesszük a Carl Charlier 1908 realisztikusabb modellt, amelyben a fraktál dimenzió változtatható a méret skála, és aki szintén akarta elismerni az ilyen klaszter struktúrák térképeit a galaxis forgalmazás. Fournier fizikai érvet (a megfigyelt csillagsebesség felső határát) is megadta az 1-hez közeli tömegeloszlás fraktáldimenziójára. Még maga Mandelbrot is látja ezekben a kísérletekben kevésbé a paradoxon megoldásának modelljét, amelyet a kozmológiai standard modellek által megoldottnak tart, hanem a világegyetemben található galaxisok lehetséges fraktálelrendezésének első nézeteit. A galaxis eloszlásának különböző léptékű vizsgálata megcáfolja az egyszerű hierarchikus modellt, amelynek közös fraktál dimenziója van.

A paradoxon feloldása

Megcáfolták egy végtelenül nagy, végtelen számú csillaggal megfigyelhető kozmosz állapotát, amelyet a paradoxon megfogalmazásában feltételeztek. Az olyan projektek és szondák megfigyelési adatai , mint a COBE és a WMAP, azt mutatják, hogy a látható univerzum véges térben és időben. Bár semmi nem mond ellent egy végtelenül kibővített univerzum feltételezésének, mivel az univerzumnak véges kora van, és a fény csak véges sebességgel terjed, mivel az Nagy Bumm csak a fény érheti el véglegesen nagy területről. Ezenkívül a csillagok élettartama csak véges, ami tovább korlátozza azoknak a csillagoknak a számát, amelyek fénye eljuthat hozzánk.

A sötét éjszakai égbolt magyarázatának ma elterjedt gondolata a relativitás általános elméletén és a kozmológia jelenlegi lambda CDM modelljén alapul , amelyet belőle fejlesztettek ki .

Mai magyarázat a sötét éjszakai égboltról

Éjszakai égboltunk pontos megjelenésének megmagyarázására más hatásokat is figyelembe kell venni. A paradoxon a csillagok fényére korlátozódott, míg az intergalaktikus közegben található sugárzási kvantumok nagy része a háttérsugárzás leválasztásának korszakából származik . Ezt a fényt kb. Fekete test spektrumával bocsátották ki, amelynek hőmérséklete 3000 K volt, és egyenletesen sárga / narancssárga színnel világította meg az eget, ha akadálytalanul elterjedt. Hogy ez nem így van, annak oka a világegyetem tágulása. A táguló tér csökkenti a rajta áthaladó fény energiáját, amely ennek következtében hosszabb hullámúvá válik. Ez a hatás kozmológiai vöröseltolódásként ismert . Ennek a vörös eltolódásnak az eredményeként az Ősrobbanás háttérsugárzása annyira alacsony energiájúvá vált, hogy manapság egy nagyon hideg (2,7 K) fekete test hősugárzási spektrumának felel meg. Ez a nagyon hosszú hullámtartomány a mikrohullámú sugárzáshoz tartozik. Az emberi szem számára láthatatlan, ezért nem járul hozzá az ég fényességéhez. A távoli galaxisok fényét a világegyetemnek az emberek számára láthatatlan infravörösbe történő terjeszkedése is elmozdítja, ami megteremti az infravörös hátteret.

Még ha feltételezzük is az egyensúlyi állapot elméletét , amelyet időközben az asztrofizikusok többsége más okokból cáfolt, a tágulás miatti vitathatatlan vöröseltolódás elvileg elegendő az Olbers-paradoxon feloldására, függetlenül az ősrobbanás feltételezésétől.

irodalom

kronologikusan

  • Gerhard Vollmer : Miért sötétedik éjszaka? Az Olbers-paradoxon ismeretelméleti esettanulmányként. In: Heinz-Dieter Ebbinghaus és Gerhard Vollmer (szerk.): Gondolkodás mozgásban. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1992, 183-199.
  • Paul Wesson: Olbers paradoxona és az extragalaktikus háttérvilágítás spektrális intenzitása . In: Az asztrofizikai folyóirat . szalag 367 , 1991, pp. 399-406 (angol).
  • Edward Harrison: A sötét éjszakai égbolt rejtvénye. in: A galaktikus és extragalaktikus háttérsugárzás. A 139. eljárás. Heidelbergben megrendezett Nemzetközi Csillagászati ​​Unió szimpózium. Dordrecht, Boston, 1990, 3–17.
  • Edward Harrison: Sötét éjszaka: Az Univerzum talánya . Harvard University Press 1987.
  • Stanley L. Jaki : Olbers paradoxonának paradoxona. A tudományos gondolkodás esettörténete. Herder & Herder, 1969. (Real View Books, Pinckney, Missouri, 2000. ISBN 1-892548-10-0 ).
  • Wilhelm Olbers: A tér átláthatóságáról. In: Astronomisches Jahrbuch für 1826. P. 110–121. (Újranyomás: Wilhelm Olbers, élete és művei. C. Schilling kiadta az utódok nevében. Berlin 1894.) online .

web Linkek

Commons : Olbers paradoxona  - képek, videók és hangfájlok gyűjteménye

α-Centauri videók:

Német:

Angol:

Lábjegyzetek és egyedi hivatkozások

  1. ^ Edward Harrison: Olbers paradoxona az utóbbi időben. (33–46. O.) In: Bruno Bertotti et al. (Szerk.): Modern kozmológia utólag. Cambridge 1990, 38. oldal ; Gerhard Günther: Megjegyzések a menny filozófiájához. in: Rolf Fechner, Carsten Schlüter-Knauer (szerk.): Létezés és együttműködés. P. 133
  2. ↑ Schilling: Wilhelm Olbers, kerítőháló Leben und seine Werke, 1894, 133. o. ( Online )
  3. ^ "Az a meggyőződése volt, hogy a csillagoktól való távolságok változnak, és kezdetben úgy tűnt, hogy az új csillag halvány, közel a Földhöz." JJ O'Connor, EF Robertson: Thomas Digges. @ University of St Andrews, Skócia (hozzáférés: 2014. március 23.); lásd a. Michael Weichenhan: „Ergo perit coelum…” Az 1572-es szupernóva és az arisztotelészi kozmológia legyőzése. Stuttgart 2004, 588. o
  4. ↑ "nagyrészt a számunkra láthatatlan csodálatos távolság miatt pihen", idézi Michael Weichenhan: "Ergo perit coelum ..." Stuttgart 2004, 587/588. Oldal ( csak online 587. o., Hozzáférés: 2014. március 23.) ); lásd a. Harry Nussbaumer: Forradalom az égen: hogyan változtatta meg a kopernikuszi fordulat a csillagászatot. Zürich 2011, 91. o
  5. ↑ Kepler Dissertatio cum nuncio sidereo galilei , 1610, német Diederichs 1918 (Otto Bryk), angol: Edward Rosen: Keplers-beszélgetés Galileos Sidereal Messengerrel , New York, Johnson Reprint, 1965, 34. o.
  6. ↑ Paolo Rossi: A modern tudomány születése Európában. fordította München 1997, 175. o
  7. Ley Halley-t Benoît Mandelbrot idézi. A természet fraktálgeometriája , Freeman 1983, 92. oldal. A 9. fejezet a paradoxon tárgyalására szolgál, ott Blazing Sky Effect-nek hívják .
  8. ↑ Schilling: Wilhelm Olbers, kerítőháló Leben und seine Werke, 1894, 135. o. ( Online )
  9. Four a Fournier d'Albe-n: Mandelbrot, Fractal Geometry of Nature , loc.cit., P. 396
  10. ↑ Charlier Hogy végtelen világ lehet kialakítani , Arkiv för Matematik, Astronomi och Fysik, Vol. 4, 1908, pp. 1-15 (angolul Vol. 16, 1922, pp. 1-34)
  11. ↑ Peebles Principles of Physical Cosmology , Princeton University Press 1993, 209–224