Om universum är gränslöst och fullt av stjärnor och galaxer, varför ser vi dem inte överallt? Ibland har de enklaste frågorna djupa rötter. Vad händer om när vi tittar in på natthimlen och bara ser svarthet och stjärnor, som är mycket mindre än stjärnorna i universum, beror det på att vi är människor och inte kan se mer? Varför är natthimlen svart och saknar ljus?
Först kan detta verka som nonsens. Naturligtvis har vi en transparent atmosfär som gör att vi kan kika in i det stora djupet av rymden när solen är på motsatt sida av vår värld. Och vår plats i galaxen innebär att endast en bråkdel av universum döljs av galaktisk gas och damm, som vanligtvis blockerar det mesta av ljuset i de centrala delarna av Vintergatan. Ändå, om vi bodde i ett verkligt oändligt universum, om tomrummet i rymden fortsatte tillräckligt länge i vilken riktning som helst, så skulle vi se lysande ljuspunkter överallt vart vi tittade.
Naturligtvis kan vi titta in i det djupaste tomrummet, där det inte finns några stjärnor eller galaxer som kan ses med blotta ögat eller med vanliga teleskop, vi kan rikta Hubble-rymdteleskopet för att kika in i detta mörker i timmar eller till och med dagar. Och sedan finner vi att universum är fullt av stjärnor och galaxer. Starlight reser miljoner, miljarder eller till och med tiotals miljarder ljusår och når vår bästa utrustning. Det kan ta lång tid att fånga tillräckligt med fotoner på ett så stort avstånd, men med tanke på de minst 170 miljarder galaxer som finns i den del av universum som vi har haft möjlighet att observera, kan man tro att det faktiskt finns ett oändligt antal av dem.
I alla fall ser vi helt klart inte oändligheten. Redan 1800 insåg Heinrich Olbers att om universum verkligen var oändligt - med ett oändligt antal lysande stjärnor - så skulle dina ögon slutligen, vart du än tittade, träffa stjärnans yta. Du skulle inte se galaxerna som vi ser, som mestadels är tomma utrymmen; du skulle se alla deras stjärnor, och stjärnorna i galaxerna bakom dem, och längre och längre. Att resa genom miljarder, biljoner, kvadrillioner ljusår skulle du landa på en stjärna.
Detta är ett enkelt matematiskt faktum: om du tar ett oändligt utrymme med en ändlig, icke-noll densitet av "substans" i den och sedan tittar på någon plats (och i vilken riktning som helst), skulle du definitivt komma till detta ämne på ett begränsat avstånd. Förutsatt att kosmos är fullt av stjärnor - även om de är sällsynta - men oändliga och enhetliga i densitet, kommer du oundvikligen att komma till stjärnan, oavsett riktning.
Kampanjvideo:
Samma matematiska sats berättar att så småningom kommer stjärnljus från alla håll till din plats, liksom till alla platser i rymden. Om vårt universum var sådant - statiskt, oändligt, med evigt lysande stjärnor - skulle natthimlen alltid vara ljus.
Vad räddade oss från allt detta? Tro det eller inte, det här är Big Bang. Det faktum att universum inte alltid har existerat och att vi bara kan observera stjärnor och galaxer på ett visst avstånd - vilket innebär att vi får en begränsad mängd ljus, värme och energi från dem - förklarar varför det finns så lite ljus på vår natthimmel. Naturligtvis finns det ett enormt antal ljuspunkter spridda över hela universum. Men antalet vi ser är begränsat av ljusets hastighet och fysiken i det expanderande universum. Någonstans finns det ett enormt universum, en massa stjärnor och galaxer som vi inte ser, men de kan inte belysa vår himmel, eftersom det inte har gått så mycket tid sedan Big Bang för att deras ljus ska nå oss.
"Vänta lite," kommer du att märka, "Big Bang berättar för oss att universum var hetare och tätare tidigare, vilket innebär att strålning från detta täta och heta tillstånd borde finnas överallt idag, spridas i alla riktningar." Och du har rätt: för 13,8 miljarder år sedan var universum så hett att neutrala atomer inte kunde bildas, än mindre stjärnor och galaxer. När dessa neutrala atomer äntligen bildades började ljuset röra sig i en rak linje och skulle ständigt komma till våra ögon från alla håll, oavsett vad vi gör.
Och vi ser detta ljus varje gång vi sätter på en gammal TV-apparat till en död kanal. Denna "snö", det svartvita bruset du ser på din TV-skärm, kommer från alla källor: radiosändningar, solen, svarta hål och alla typer av astrofysiska fenomen. Cirka 1% kommer från efterglödet av Big Bang: den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Om vi kunde se i mikrovågsugnen och radioområdet i det elektromagnetiska spektrumet - inte bara i det synliga - skulle vi märka att natthimlen är nästan enhetlig i ljusstyrka och det finns inga svarta fläckar någonstans.
Det är en kombination av två fakta:
- att universum existerade under en begränsad tid;
- och att vi bara ser ljus i det synliga spektrumet
ansvarig för natthimlen. Faktum är att den enda anledningen till att vi är väl anpassade för att se ljus är att solens ljus ligger i intervallet tusentals grader Kelvin, så vi ser allt som reflekterar det. På sätt och vis tvingade våra begränsade sinnen oss att utforska universum.
ILYA KHEL