Perché il cielo notturno è buio?

Author: Wired

Nel 1823, l’astronomo tedesco Heinrich Wilhelm Olbers pose una domanda che diede del filo da torcere agli scienziati per decenni. Se l’universo è infinito, perché il cielo notturno non è illuminato? La domanda è nota ancora oggi come “paradosso di Olbers”, anche se non si tratta più di una domanda irrisolta.

Vediamo innanzitutto le basi della questione. Una stella è come una gigantesca lampada che emette luce ovunque. Il nostro Sole è una di queste. In un punto della Terra è notte se non è rivolto verso il Sole. In quel momento non vediamo la luce della nostra stella perché il corpo della Terra la nasconde. Ma se ci sono milioni e milioni di stelle e ognuna di esse è come una lampada, perché non riempiono il cielo notturno con la loro luce? Inoltre, se l’universo è infinito, allora dovrebbe accadere che, ovunque noi puntiamo, stiamo puntando una stella. Dov’è finita la loro luce?

Paradoja de OlbersKmarinas86 / CC BY-SA 3.0

Il paradosso

Il paradosso di Olbers era problematico perché, nel suo approccio, presupponeva alcune ipotesi che si sono rivelate non essere del tutto vere. La prima è l’infinità dell’universo. Ad oggi, non abbiamo prove evidenti che l’universo sia spazialmente finito. Anzi, le prove che abbiamo (anche se non sufficienti per essere sicuri) indicano che è infinito. Ma le coordinate spaziali non sono le uniche dimensioni della realtà. C’è anche il tempo e, proprio riguardo al tempo, sappiamo che l’universo è limitato, almeno nel passato. In altre parole, non è sempre esistito. Nei primi istanti dopo il Big Bang, l’universo era così denso che nemmeno i fotoni (particelle di luce) potevano propagarsi ed era quindi buio. La prima luce è stata in grado di muoversi nello spazio circa 13,7 miliardi di anni fa (ne abbiamo un’immagine eccellente: il fondo cosmico a microonde). La luce ha una velocità finita di quasi 300.000 chilometri al secondo. È molto veloce, sì, ma non è istantanea. Quando un oggetto emette luce, non illumina immediatamente l’ambiente circostante. La luce proveniente dal Sole, ad esempio, impiega circa 8 minuti per raggiungere la Terra. Quindi, sebbene l’universo sia molto affollato e spazialmente infinito, ci sono molte, moltissime stelle la cui luce non ha avuto il tempo di raggiungerci fin dall’inizio.

Ora, ci sono molte stelle che si trovano nell’intervallo spaziale sufficiente a illuminarci (o che un tempo si trovavano in tale intervallo) la cui luce, tuttavia, non possiamo vedere. Ciò è dovuto al fenomeno noto come redshift. Tutte le radiazioni elettromagnetiche, compresa la luce, si muovono in onde. Pensate alle increspature che si formano in un lago quando lanciamo un sasso: hanno ripetizioni periodiche. La distanza tra due picchi si chiama lunghezza d’onda. Se nel suo percorso la lunghezza d’onda della luce emessa da un oggetto cambia diventando più ampia (se c’è più distanza tra le creste), diciamo che c’è un redshift. Se il redshift è sufficiente, l’onda entra nello spettro dell’infrarosso e diventa invisibile. Questo perché la luce, per essere percepita, deve rientrare in un certo intervallo di lunghezze d’onda (per l’uomo, la lunghezza dell’interponte della luce deve essere compresa tra 380 e 750 nanometri). Se la luce che riempie un certo spazio è nello spettro dell’infrarosso, allora quello spazio ci sembra buio.