Thoạt nhìn, câu trả lời có vẻ rất đơn giản: ban đêm bầu trời tối vì không có Mặt Trời chiếu sáng. Khi Trái Đất quay về phía đối diện với Mặt Trời, ánh sáng trực tiếp từ ngôi sao trung tâm của Hệ Mặt Trời không còn chiếu tới phần bầu trời mà chúng ta quan sát.
Tuy nhiên, cách giải thích này lại bỏ qua một vấn đề rất lớn. Ngoài Mặt Trời, vũ trụ còn chứa hàng tỷ, thậm chí hàng trăm tỷ ngôi sao trong vô số thiên hà.
Mỗi ngôi sao đều phát ra ánh sáng. Vậy tại sao tổng ánh sáng từ tất cả những ngôi sao đó không đủ khiến bầu trời đêm sáng lên?
Nghịch lý Olbers: Nếu vũ trụ vô hạn, bầu trời phải sáng như Mặt Trời?
Đây không phải là câu hỏi mới. Năm 1823, nhà thiên văn học người Đức Heinrich Olbers đưa ra lập luận rằng bầu trời đêm đáng lẽ phải sáng tương đương bề mặt Mặt Trời nếu vũ trụ là vô hạn và chứa đầy các ngôi sao.
Lập luận của Olbers khá trực quan. Nếu vũ trụ thực sự vô hạn và các ngôi sao phân bố khắp nơi, bất kể chúng ta nhìn theo hướng nào trên bầu trời, cuối cùng tầm nhìn cũng phải bắt gặp một ngôi sao.
Đúng là những ngôi sao ở càng xa thì ánh sáng tới Trái Đất càng yếu. Nhưng vấn đề nằm ở chỗ số lượng các ngôi sao ở khoảng cách lớn cũng tăng lên rất nhiều.
Vì vậy, lượng ánh sáng từ vô số ngôi sao xa xôi đáng lẽ phải bù đắp cho sự suy giảm độ sáng của từng ngôi sao riêng lẻ.
Nếu lập luận này đúng, toàn bộ bầu trời đêm sẽ phải được phủ kín ánh sáng của các ngôi sao và có độ sáng tương đương Mặt Trời.
Nhưng thực tế hoàn toàn khác. Khi Mặt Trời lặn, bầu trời trở nên tối, chỉ có một phần nhỏ ánh sáng từ các thiên thể xa xôi có thể quan sát được bằng mắt thường.
Vậy điều gì đã xảy ra với nghịch lý này?
Một cách giải thích thường được nhắc đến cho nghịch lý Olbers là vũ trụ đang giãn nở.
Khi ánh sáng di chuyển qua một vũ trụ đang giãn nở, bước sóng của nó bị kéo dài. Hiện tượng này được gọi là dịch chuyển đỏ vũ trụ.
Khi bước sóng tăng, năng lượng của photon giảm, khiến ánh sáng từ những thiên hà rất xa trở nên yếu hơn khi đến Trái Đất.
Điều này hoàn toàn đúng và sự giãn nở của vũ trụ thực sự góp phần làm giảm lượng ánh sáng mà chúng ta nhận được từ các thiên thể xa xôi.
Tuy nhiên, chỉ riêng sự giãn nở của vũ trụ vẫn chưa đủ để giải thích tại sao bầu trời ban đêm lại tối đen.
Câu trả lời quan trọng hơn nằm ở chính tuổi của vũ trụ.
Vũ trụ không tồn tại vĩnh viễn và các ngôi sao cũng không phát sáng mãi
Các thiên hà và những ngôi sao bên trong chúng không tồn tại từ vô tận. Chúng chỉ xuất hiện sau khi vũ trụ hình thành từ Vụ Nổ Lớn (Big Bang).
Những ngôi sao đầu tiên được cho là hình thành vài trăm triệu năm sau Big Bang. Điều này có một hệ quả rất quan trọng đối với nghịch lý Olbers: ánh sáng từ các thiên thể ở rất xa không thể đã có đủ thời gian để đi tới chúng ta.
Nói cách khác, chúng ta không nhìn thấy toàn bộ lịch sử ánh sáng của một vũ trụ giả định tồn tại vĩnh viễn. Chúng ta chỉ nhận được ánh sáng phát ra trong khoảng thời gian mà vũ trụ đã tồn tại.
Điều này cũng có nghĩa rằng số lượng ánh sáng mà các ngôi sao và thiên hà đã phát ra trong lịch sử vũ trụ là hữu hạn.
Đây chính là chìa khóa để giải quyết nghịch lý Olbers.
Nếu vũ trụ tồn tại mãi mãi, có vô hạn thời gian để ánh sáng từ vô số ngôi sao ở những khoảng cách khác nhau truyền tới chúng ta.
Khi đó, lập luận cho rằng bầu trời đêm phải sáng rực sẽ trở nên hợp lý hơn.
Nhưng vũ trụ không tồn tại vô tận về mặt thời gian. Nó có một lịch sử hữu hạn, bắt đầu từ Big Bang khoảng 13,8 tỷ năm trước.
Các ngôi sao và thiên hà cũng chỉ phát sáng trong một khoảng thời gian hữu hạn.
Vì vậy, thay vì nói bầu trời đêm tối đơn giản vì không có Mặt Trời, cách giải thích chính xác hơn là bầu trời đêm tối vì vũ trụ chưa tồn tại mãi mãi.
Ánh sáng từ nhiều thiên hà và ngôi sao quá xa vẫn đang trên hành trình tới Trái Đất và có thể sẽ không bao giờ đến được chúng ta.
Trong khi đó, ánh sáng từ những thiên thể mà chúng ta quan sát được chỉ là phần ánh sáng đã có đủ thời gian vượt qua không gian để tới Trái Đất.
(Theo Space, Skyatnightmagazine, Earthsky)
Bí ẩn dưới lòng Mặt Trăng, thứ có thể quyết định số phận các thành phố tương laiNếu con người muốn xây dựng các thành phố lớn trên Mặt Trăng, nguồn nước có thể trở thành tài nguyên quyết định quy mô của nền văn minh đầu tiên ngoài Trái Đất.
.svg){kind=icon}
