Что за вопрос - удивитесь Вы. - Потому что Солнце заходит за горизонт и не освещает нашу половину Земли. И Вы будете правы. Отчасти.
Вместо Солнца ночью нам светят звезды и Луна. В городе, где очень сильная засветка, этого не заметно. Но если вы уедете далеко от больших городов, куда-нибудь в горы, то поймете, что Луна светит так ярко, что можно даже читать (но лучше не нужно - быстро устанут глаза). В безлунную же ночь намного темнее, не видно даже, куда наступаешь. В безлунную ночь очень темно.
Вас это, скорее всего, не удивляет - вы привыкли к мысли о том, что ночное небо темное. Но астрономы однажды задались вопросом: а почему оно темное? Очень простые расчеты показывают, что "темное" ночное небо должно светить очень и очень ярко. Очевидно, это приводит к парадоксу: ночью мы не видим ярко светящегося неба. Парадокс получил название парадокса Ольберса или фотометрического парадокса и был сформулирован несколько столетий назад.
Приведем здесь несложные рассуждения, приводящие к возникновению парадокса. Прежде всего, надо предположить, что Вселенная бесконечна. Такое предположение кажется вполне естественным, так как сложно представить стену, за которой нет вообще ничего. Второе предположение - о том, что Солнце - самая типичная, заурядная звезда, а бесконечная Вселенная равномерно заполнена звездами, такими же, как наше Солнце.
Мысленно мы можем разделить всю Вселенную на тонкие шаровые слои, в их общем центре будем находиться мы, наблюдатели. В каждом таком слое будет тем больше звезд, чем он дальше от нас; а если точнее, их количество будет расти прямо пропорционально квадрату расстояния до этого слоя. Как известно, количество света, доходящего до нас от звезды, спадает обратно пропорционально квадрату расстояния до нее – свет от звезды равномерно распределяется по сфере. Таким образом, получаем, что каждый из слоев, на которые мы разбили Вселенную, светит одинаково ярко. Сколько же света доходит до нас от всех звезд? Для этого надо сложить свет, приходящий от всех слоев, а их бесконечное количество, ведь мы предположили, что Вселенная бесконечна. В итоге, получаем бесконечность. Бесконечное количество света приходит к нам со всех уголков нашей бесконечной Вселенной, и ночное небо светит бесконечно ярко - ярче Солнца и вообще всего, что можно себе представить. Так где же весь этот свет? Почему мы его не видим?
Модель, которую мы построили, имеет как минимум один очевидный недостаток: мы предположили, что звезды - это точки, но это не так. Любая звезда, даже если она очень далеко от нас, имеет конечный угловой размер, а значит, закрывает собой звезды, которые находятся дальше нее от нас - экранирует их свет. Небо должно быть полностью покрыто звездами и сверкать, как диск типичной звезды - Солнца. Теперь мы получаем ночное небо, сияющее как 100 000 Солнц. Безусловно, это лучше бесконечно яркого неба, но не решает парадокса.
Что еще не было учтено в нашей модели Вселенной? Может быть, Вселенная не бесконечна в пространстве? или во времени? Может быть, она сжимается или расширяется? Или звезды во Вселенной, на самом деле, распределены не равномерно?
За время существования парадокса было предложено множество его решений. Жан Филипп де Шизо, швейцарский астроном и физик, а позже и Генрих Вильгельм Ольберс, немецкий врач, астроном и физик, предполагали, что освещенность от звезд спадает быстрее, чем по закону обратных квадратов, а причина этого - существование поглощающей свет межзвездной среды. Но эта идея оказалась неверной. В 1848 году Джон Гершель, англичанин, заметил, что поглощенный свет должен нагреть межзвездную среду, и она станет светить так же ярко, как звезды. Сам же Гершель предложил иерархическую, или фрактальную, структуру распределения звезд во Вселенной. Эта идея, действительно, решает парадокс, но фрактальная структура Вселенной не подтверждается наблюдениями.
Правильное (по современным представлениям) решение фотометрического парадокса впервые было предложено Эдгаром Алланом По, американским писателем, в одной из его поэм. Эдгар По предположил, что некоторые звезды находятся так далеко, что их свет еще не успел до нас дойти, а значит и то, что Вселенная – конечна во времени! Первым же профессиональным ученым, предложившим верное решение парадокса, стал Иоганн Медлер, немецкий астроном. В 1861 году он писал: «Скорость света конечна; конечное время прошло от начала Творения до наших дней и мы, следовательно, можем наблюдать небесные тела только до расстояния, которое свет прошел в течение этого конечного времени». Именно в этой фразе и содержится решение парадокса: до нас дошел еще не весь свет, потому что "конечное время прошло от начала Творения до наших дней" а также потому, что скорость света не бесконечна. Позже британский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин) проделал математические выкладки, подтверждающие такое решение фотометрического парадокса.
Теперь мы знаем правильный ответ на вопрос «Почему ночью темно?», а сам вопрос оказался не таким уж простым, как можно было подумать вначале.
Использованная Литература:
Решетников В. П. «Почему небо темное. Как устроена Вселенная», издательство «Век-2», 2012 год.
апрель 2015