最終更新日: 2022 年 2 月 2 日

ダークナイトパラドックスまたはオルバースパラドックス

画像の説明: 星には有限の年齢があり、したがって寿命があります。彼らの光源は短すぎて、その放射で空間を飽和させることができません。クレジット: ステラリウムの画像

なぜ夜は暗いのですか？

「夜は私たちだけの夜だ。暗いのは私たちの目だ。」 SF 小説「時代の夜」のルネ・バルジャベル (1911-1985) のこの引用は、「なぜ夜は暗いのか?」という質問に対する答えになるかもしれません。
私たちは皆、暗い夜の原因は地平線上に太陽がないことにあると単純に認めることもできますが、それは良い答えではありません。
確かに、夜は真っ暗で、20世紀以前は、宇宙は静止していて無限であり、星がたくさんあると考えられていました。数世紀にわたって、これら 2 つの考え方は矛盾したままになるでしょう。
明らかに、夜はいつも暗かったです。しかし、もし宇宙の空間と時間が無限であるとしたら、どの方向を見ても、私たちの視線は非常に遠い星さえも横切らなければなりません。したがって、空はどこにいても太陽のように明るく見えるはずです。しかし、夜は本質的に真っ暗であることがわかります。
オルバースのパラドックスと呼ばれるこの主張は、1826 年にハインリヒオルバース (1758-1840) によって研究されました。しかし、この疑問はトーマス・ディゲス (1546-1595) によって 1576 年以来、天球全体に星をランダムに分布させた出版物の中で提起されていました。この空のビジョンにより、彼は「なぜこの無限の星が夜空を明るくしないのか?」という疑問を抱くようになりました。彼の答えは、それらのほとんどは遠すぎて見えないということでしたが、それは良い答えではありません。
1610 年、ヨハネスケプラー (1571-1630) は、ガリレオへの支持書「Dissertatiocum Nuncio Sidereo」（天の使者との会話）の中で、無限の宇宙の概念を却下したようです。
多くの天文学者がこの疑問を抱いてきましたが、このパラドックスの解決は 3 世紀にわたって未解決のままでした。

なぜ無限の星が夜空を輝かせるのでしょうか?

エドモンド・ハレー (1656-1742) とジャン・フィリップ・ロワ・ド・シェソー (1718-1751) は、この質問に数学的な答えを与えてくれます。ド・シェゾーは 1744 年、エドモンド・ハレーの作品に触発されて、観察者を中心とした一定の厚さの一連の同心球状の層として空を想像しました。したがって、各層の星の数はその表面積、つまり半径の二乗に比例します。言い換えれば、距離 2d には 4 倍の星があり、距離 4d には 16 倍の星があります。
しかし、星の光の強さは距離の二乗に反比例します。言い換えれば、距離 d で星が特定の明るさを持っている場合、距離 2d ではその明るさは 4 分の 1 になります。星の光束は、距離の二乗の逆数 ƒ(e)=L/4πr2 (L=光度) として減少します。
したがって、宇宙が無限である場合、同じ明るさを持つ無限の層があり、観察者は各層から同じ量の光エネルギーを受け取ります。合計の明るさは無限大である必要があります。
星の寿命は有限であるため、この主張が間違っていることが現在ではわかっています。

宇宙環境はどこでも透明ではない、と単純に考えてみてはいかがでしょうか?

そのため、星からの光は星間塵やガスによって遮られる可能性があります。この説明も正しくありません。媒体は光を吸収すると徐々に加熱され、星の表面と同じくらい明るくなるからです。これではオルバースのパラドックスは解決されません。

遠くの星からの光が私たちに届く時間がなかったと考えてみてはいかがでしょうか?

実際、1848 年にエドガーアランポー (1809-1849) は、「ユリイカ」と題された物質的および精神的宇宙に関するエッセイの中で、この仮説を直感的に提示しました。
確かに、光の速度は有限であるため（当時私たちはそれを知っていました）、私たちに到達するまでには一定の時間がかかります。しかし、この仮説は無限で永遠の宇宙では正しくありません。宇宙が永遠であるなら、光が私たちに届くまでにどれだけの時間がかかったとしても、すでに私たちは眩しいはずです。
1901 年、ケルビン卿 (1824 ～ 1907 年) として知られるウィリアムトムソンは、星で一様に満たされた、透明で均一な静的な宇宙では、星の年齢が有限であるため、遠くの星が見えないことを実証しました。
闇夜のこの単純なパラドックスを解決するには、宇宙の概念を完全に修正する必要がありました。
オルバースのパラドックスの物語の背後には、20 世紀末にいくつかの概念が出現した不穏な宇宙現実がありました。
- 宇宙には常に存在していたわけではなく、歴史があり、年齢は 137 億 7 千万年という有限です。
- 光の速度 (300,000 km/s) は有限であるため、宇宙の大きさも有限です。 137.7億年の間に、光子は137.7億光年移動しました。
- 星には有限の年齢があり、したがって寿命があります。彼らの光源は短すぎて、その放射で空間を飽和させることができません。
- 宇宙は加速膨張しています。遠くの銀河から来る光がますます赤方偏移するため (ドップラー効果)、空はますます暗くなります。最も遠い銀河はますます明るさを失いつつあり、観察することが非常に困難になっています。

結論

闇夜のパラドックスを解決するには、これらすべての仮説をまとめなければなりません。
「夜は私たちだけの夜だ。暗いのは私たちの目だ。」
赤外線観測では、遠方の銀河が星間塵を発火させる巨大な輝きを示します。空の各点について、私たちの目標は銀河の赤外線束を横切ります。
しかし、最も独創的な透明度は電子レンジにあります。この冷却された化石放射は空のあらゆる方向で観測されます。

画像の説明: CMB (宇宙マイクロ波背景放射) のこの包括的なマップは、ビッグバンから約 38 万年後に透明になった初期宇宙の温度変動を示しています。冷たい青いゾーンと熱い赤いゾーンの間の最大温度差は 0.0001 °C 程度です。クレジット: が撮影した写真のフォトモンタージュプランク（ESA衛星）9年以上。