Univers buit, però no infinit.

Després de la gran feina feta per Herschel, a començaments del segle XIX els astrònoms continuaven completant el coneixement de l’univers amb les seves observacions (1). Avui ens centrarem en els dos aspectes a que fa referència el títol, amb la perspectiva de fa quasi 200 anys:
– quina és la distància a les estrelles més properes? (semblava que no havien de ser massa lluny),
– com és d’extens l’univers? (semblava que no havia de tenir fi).

A mesura que els telescopis s’anaven perfeccionant creixia l’esperança de poder utilitzar la feble paral·laxi estel·lar per a calcular la distància a les estrelles. Durant la dècada de 1830 es van aconseguir grans avenços. Thomas Henderson (1798, 1844) astrònom escocès, volia determinar des de Sud-àfrica la posició d’Alpha Centauri. A les aleshores províncies bàltiques de Rússia, Wilhem von Struve (1793, 1864), astrònom alemany-rus treballava en la determinació de la posició de Vega. Friedrich Bessel (1784, 1846), matemàtic i astrònom alemany treballava a Königsberg, Prússia oriental feia el mateix amb 61 Gygni de la constel·lació del Cigne. Entre 1838 i 1840 tots tres van publicar els seus resultats:  Alpha Centauri es troba a 4,29 anys llum de la Terra,  61 Gygni es troba a 11,1 anys-llum i Vega a 27 anys-llum. (1)
No havia ja dubte que el sistema solar es troba en un gran buit:  Alpha Centauri, l’estrella més propera es troba a 20.000 vegades la distància d’Urà al Sol, que es podia considerar com el radi del Sistema Solar conegut aleshores. Aquesta distància es pot imaginar com una taula rodona d’un metre de radi, que representaria l’extensió del Sistema Solar, situada a Banyoles, respecte a un punt situat més enllà de Girona, que representaria l’estrella més propera.

El 1840 els astrònoms tenien determinades les distàncies de les estrelles més properes al Sol, però restava per aclarir quina era la distància de l’estrella més llunyana, el límit de l’univers, si és que el tenia. A simple vista es poden veure unes 6000 estrelles, però des de la utilització del telescopi, es comprovava que cada vegada que es millorava la tècnica d’observació augmentava el nombre d’estrelles i la seva distància. Haurien de passar encara anys abans no es tingués identificada la galàxia, la nostra, la Via Làctia i s’interpretés que aquell punt nebulós a la constel·lació d’Andròmeda era una altra galàxia, com havien moltes més a l’univers. Però això el deixarem per properes sessions.

Ara entrarem en la qüestió que hem apuntat abans del límit de l’univers. Un cop descartada l’existència de la volta celeste on es trobarien les estrelles i comprovat que aquestes s’estenien per totes les profunditats de l’univers, ben entrat el segle XIX es considerava un model d’univers que tenia (1):
– una extensió infinita,
– un nombre infinit d’estrelles, distribuïdes uniformement i
– amb una lluminositat mitjana uniforme.

Però aquesta hipòtesi tenia un greu problema lògic, que ja havia estat notat per diferents astrònoms i que va ser posat de manifest per Matthäus Olbers, metge i astrònom alemany, el 1826.

Paradoxa d’Olbers (1) (2):
Olbers va donar el 1826 una resposta contrària al model d’univers infinit amb infinites estrelles, el que es coneix com “la paradoxa d’Olbers”: analitzant la transmissió de la llum que ens arribaria de les successives capes d’estrelles presents en aquest univers s’arribava a la conclusió que el cel nocturn hauria de brillar com la pròpia superfície del Sol.
Per tant, l’univers no hauria de ser infinit, o si ho fos, el nombre d’estrelles, encara que molt gran, hauria de ser finit.

Qui era Olbers? (3)

Heinrich Wilhelm Matthias Olbers. Imatge de Wikimedia Commons.

Heinrich Wilhelm Matthias Olbers (Arbergen 1758, Bremen 1840), Estudià medecina a Göttingen i era a Viena en viatge d’estudis el 1781, quan Herschel va descobrir Urà. Es va establir a Bremen com a metge, instal·lant també un observatori a casa seva i, com que només li calia dormir 4 hores al dia, aprofitava les nits per observar el cel. Va descobrir els asteroides Pallas i Vesta, que aleshores eren considerats com a planetes, encara que petits i va proposar que la zona on es trobaven, el cinturó d’asteroides, devia ser les restes d’un antic planeta en formació o d’un planeta destruït. També va descobrir un cometa, ara anomenat 13P/Olbers. Però Olbers és conegut sobretot per enunciar la paradoxa sobre l’extensió de l’univers.

Per Harrison (4), Olbers no va ser el primer en plantejar la famosa paradoxa. Thomas Digges (Wooton, Kent, 1546, 1595, matemàtic i astrònom) és el primer en imaginar un possible univers d’abast infinit i amb infinites estrelles i pensar que això comportava una paradoxa. Kepler també va proposar el problema el 1610 i sobre tot va ser posat de manifest amb els treballs de Halley i Cheseaux a començament del XVIII. Però a la història ha passat com la paradoxa d’Olbers, descrita per ell el 1823 i reformulada el 1826:
– Es considera que l’univers té una extensió infinita i conté infinites estrelles, distribuïdes uniformement,
– Aquest univers es divideix en una sèrie de capes concèntriques, totes del mateix gruix,
– Les estrelles d’una capa envien una determinada quantitat de llum a la Terra.
– Si considerem una capa situada a una distància doble, tindrem una quantitat d’estrelles 4 vegades més gran, suposada la mateixa densitat d’estrelles a tot l’univers. La quantitat de llum que arribarà de cada estrella serà 4 vegades més petita. Tot això ve donat per la geometria esfèrica que fa que, la llum que arriba a la Terra procedent de cada capa, sigui la mateixa.
– En conclusió, si de totes les capes arriba la mateixa quantitat de llum i hi ha infinites capes, arribarà una quantitat de llum infinita.

Una solució de la paradoxa va ser proposada per Kelvin el 1901 i avançada per l’escriptor Edgar Allan Poe en el seu assaig Eureka:
– ja que la velocitat de la llum és finita, 300.000 km/s (havia estat mesurada per Ole Roemer el 1676) el fet que els nostres telescopis vegin parts del cel sense estrelles ha de ser degut a que la llum de les estrelles que es troben molt lluny, encara no ha arribat a nosaltres. Encara que l’univers fos infinit, només ens arriba la llum d’una part relativament propera.
De fet la paradoxa s’ha vist superada per teories posteriors, com la del “desplaçament cap el vermell”, o sigui la pèrdua d’energia de la llum que arriba de les estrelles més llunyanes, o la relativitat, que implica l’expansió de l’espai-temps, amb el que l’espai ja no és allò uniforme que s’estén per tot arreu.

Fonts d’informació:
(1) El universo, Isaac Asimov, Alianza Editorial, 2007.
(2) http://en.wikipedia.org/wiki/Olbers%27_paradox
(3) “Olbers, Heinrich Wilhelm Matthias.” Complete Dictionary of Scientific Biography. 2008. Encyclopedia.com. 5 Mar. 2013 <http://www.encyclopedia.com>.
(4) Edward Harrison, Darkness at Night: A Riddle of the Universe, Harvard University Press, 1989.

Audio de la xerrada.

Emissió de Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
“Sopa d’estrelles· del 7 de març de 2013.

Aquesta entrada ha esta publicada en cosmologia. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari