1 of 44

Olbers’ Paradox

Waarom is het ‘s nachts donker?

2 of 44

Wie was Olbers?

​

-Heinrich Olbers, 1758-1840

-arts van beroep, dus “amateur-astronoom”

-eigen privé sterrenwacht

-ontdekte de planetoïden Pallas en Vesta

-hield zich vooral bezig met kometen

-publiceerde in 1826 zijn paradox

3 of 44

Redenering van Olbers:

​

ALS: heelal onbegrensd en homogeen

​

DAN: aarde baadt in een verzengend fel licht

​

WANT: in elke blikrichting bots je vroeg of laat op het oppervlak van een ster

​

​

4 of 44

Vergelijk met een bos:

vroeg of laat komt je kijklijn op een boomstam terecht

​

we zien dus een ononderbroken oppervlak van boomstammen

​

de nachthemel zou dus een ononderbroken steroppervlak moeten zijn

​

​

5 of 44

De hemel beslaat een oppervlakte 180 000 keer groter dan het oppervlak van de zonneschijf

​

Dus zou het sterlicht 180 000 keer feller schijnen dan de zon

​

In dat geval zou na enkele seconden alle leven ophouden te bestaan, de oceanen na enkele minuten weggekookt, de aarde zelf in enkele dagen verdampt

6 of 44

Er is dus enige discrepantie tussen wat de theorie voorspelt en wat we waarnemen!

​

De oplossing van Olbers zelf voor deze paradox:

…… (zie verder)

​

Maar: fout, dr Olbers!

7 of 44

Edmund Halley (1656-1742)

​

Tijdgenoot van Newton (1643-1727)

​

Formuleerde ca 100 jaar voor Olbers ook al de paradox

​

Verdeel het heelal rondom ons in concentrische schillen van gelijke dikte

​

Helderheid sterren neemt af met kwadraat afstand, maar aantal in de schil neemt toe met kwadraat afstand

8 of 44

9 of 44

Edmund Halley (1656-1742)

​

​

​

​

Zijn oplossing: …………..

Ook FOUT!

10 of 44

Correcte oplossing van de paradox:

​

Kosmoloog Ted Harrison (1919-2007)

​

1987: Darkness at night:

​

het probleem werd al door velen voor Olbers erkend en aangepakt

​

doorheen de geschiedenis twee soorten oplossingen

11 of 44

Oplossing type A:

De sterren overlappen niet (missing stars)

​

Oplossing type B:

Er gebeurt iets met het sterlicht onderweg naar ons (missing light)

​

We reizen nu met Harrison terug in de tijd

12 of 44

13 of 44

Oudheid en Middeleeuwen:

Het probleem stelt zich niet, want het heelal is eindig en begrensd cfr Plato, Aristoteles (dus oplossing type A)

14 of 44

Niklas Koppernigk (1473-1543)

​

​

Bijna leeftijdsgenoot van Michelangelo

​

Heliocentrisme

​

1514: commentariolus

1543: de revolutionibus orbium caelestium

15 of 44

Implicaties van Koppernigks wereldbeeld voor de paradox van Olbers?

​

NIHIL!

​

Ook dit wereldbeeld is eindig en begrensd

16 of 44

De vroegmoderne kosmologische revolutie van de 16e-17e eeuw behelst niet alleen de plaatsing van de zon in het middelpunt van ons planetenstelsel

​

Er is een zeer belangrijk maar vaak vergeten aspect

​

​

​

​

​

​

​

Giotto di Bondone

​

​

17 of 44

Nikolaus Cryfftz (Nicolaas van Cusa) (1401-1464)

+- leeftijfdsgenoot van Jan van Eyck

Geboren in Bernkastel-Kues aan de Moezel

Bisschop, kardinaal, secretaris van de paus

*heelal is een beeld van God

*God is onbegrensd, dus zo ook het heelal

*heelal heeft geen middelpunt, dus de aarde

beweegt en er zijn andere bewoonde werelden

= het vaak vergeten aspect van het veranderende wereldbeeld

18 of 44

De geleidelijke doorbraak van dit onbegrensde en middelpuntloze heelal gaat samen met opkomst van moderne politieke ideeën en een modern levensgevoel:

​

​

​

in een onbegrensd heelal is er geen middelpunt is zijn dus alle plaatsen evenwaardig 🡪 ideeën van vrijheid en gelijkheid cfr Melanchton, Mercator

​

19 of 44

Thomas Digges (1546-1595)

​

Engelsman,18 jaar jonger dan William Shakespeare

​

De eerste Engelse copernicaan: verdedigt

het heliocentrisme

​

Sloopt bovendien de begrenzing van het heelal:

heelal is oneindig!

​

Opent zo de deur naar de paradox van de donkere nacht

20 of 44

this orbe of starres fixed infinitely up extendeth hitself in altitude sphericallye, and therefore immovable the palace of felicitye garnished with perpetual shininge glorious lightes innumerable

21 of 44

Johannes Kepler (1571-1630)

​

Gekend voor zijn verdediging van heliocentrisme en voor zijn 3 wetten die de banen van de planeten beschrijven

​

Geniaal wiskundige

​

22 of 44

Johannes Kepler (1571-1630)

​

Besefte als eerste de volle implicatie van een onbegrensd en homogeen heelal en formuleerde dus als eerste de paradox van de donkere nacht: de hemel zou overal even helder moeten zijn als het oppervlak van de zon

​

Zijn oplossing: het heelal is begrensd

(antwoord van type A)

​

23 of 44

Edmund Halley (1656-1742)

​

Tijdgenoot van Newton (1643-1727)

​

Concept van oneindig homogeen heelal intussen algemeen aanvaard (noodzakelijk in de gravitatietheorie van Newton)

​

Publiceerde in 1720 een paper over de paradox van de donkere nacht (cfr concentrische sferen) NB waarom zweeg Newton hierover??

24 of 44

Edmund Halley (1656-1742)

​

Zijn oplossing:

​

de sterren zijn te ver en daardoor te zwak

​

25 of 44

Verplaats in gedachten Betelgeuze naar M31

​

Dat is 2,5 miljoen lj/500 lj = 5000 keer verder

​

Dus Betelgeuze zou 5000² = 25 miljoen keer zwakker schijnen

​

Dit komt overeen met een magnitudeverschil van 18,5

​

Dus de helderheid van Betelgeuze zou magnitude 19,5 zijn

​

Als de redenering van Halley klopt, zou je M31 dus niet kunnen zien, zelfs niet met een grote telescoop!

​

26 of 44

27 of 44

Helderheid van een lichtbron omgekeerd evenredig met kwadraat van de afstand vb: twee verder = vier keer zwakker

​

Schijnbare oppervlakte ook omgekeerd evenredig met kwadraat van de afstand vb: twee keer verder = vier keer kleiner

​

Dus: oppervlaktehelderheid

Helderheid / oppervlakte = constant en onafhankelijk van de afstand

​

28 of 44

Jean-Philippe Loys de Chéseaux (1718-1751)

​

Zwitserse edelman

​

Opgeleid door zijn grootvader in wis- en sterrenkunde

​

Kreeg van zijn vader een sterrenwacht cadeau voor zijn 18e verjaardag, op zijn kasteel nabij Lausanne

​

“amateur-astronoom”, interesseerde zich vooral voor kometen

29 of 44

Publiceerde in 1740 een wiskundige benadering van de paradox van Olbers

We keren terug naar ons bos

​

L = D²/W L: hoever we in het bos kunnen kijken

​

N = πD²/W² N: aantal bomen dat we zien

​

met D = gemiddelde afstand tussen de bomen

W = gemiddelde diameter van de stam

​

​

30 of 44

Een bos met bomen op 5 m van elkaar en met 50 cm brede stammen:

​

L = D²/W = 25/0,5 = 50 meter

​

N = πD²/W² = 314 bomen

​

​

31 of 44

De Chéseaux paste deze formule toe op de sterren

​

Let wel: heelal is ongelooflijk ijl: op schaal 1 miljardste, is de zon 1,4 meter diameter, en staat de dichtste ster op

40 000 km

​

L = 300 000 000 000 000 lichtjaar (300 bilj.)

​

N = 1046 sterren (10 miljard biljoen biljoen biljoen sterren)

32 of 44

Oplossing van de paradox volgens de Chésaux:

​

​

​

​

Interstellaire absorptie

(oplossing type B)

​

FOUT!

33 of 44

Olbers (1758-1840)

​

Formuleerde de paradox aan de hand van zichtlijnen

​

zijn oplossing: interstellaire absorptie

34 of 44

Heinrich Olbers

(1758-1840)

i

John Herschel

(1792-1871)

Interstellaire absorptie!

Klopt niet!!!

35 of 44

36 of 44

20e eeuw: twee nieuwe verklaringen

Ontdekking kosmische expansie (1924-1929)

Steady state big bang

Eeuwig heelal heelal met beginpunt

​

Griekse filosofen jodendom

​

Τονδε κόσμον ούτε τις θεών ούτε ανθρώπων אֱלֹהִ֑ים אֵ֥ת הַשָּׁמַ֖יִם וְאֵ֥ת הָאָֽרֶץ: בְּרֵאשִׁ֖ית בָּרָ֣א

εποίησεν αλλά ην και εστιν και έσται

37 of 44

Implicaties van deze twee visies voor paradox van Olbers: 2 nieuwe verklaringen:

Kosmologische roodverschuiving door expansie (type B) (Bondi, Sciama)

De ‘jonge’ leeftijd van het heelal (type A)

(20 000 keer te jong)

38 of 44

Olbers had de expansie

kunnen voorspellen!

Sciama

Harrison

Something is seriously wrong with the redshift solution

39 of 44

1964: ontdekking kosmische achtergrondstraling door Penzias en Wilson

​

​

-> Steady state

​

​

Is het probleem nu opgelost? Ja en nee

​

Quid binnen 300 biljoen jaar?

40 of 44

situatie binnen 300 biljoen jaar

300 biljoen lichtjaar

41 of 44

Opdat het heelal binnen 300 biljoen jaar ‘in vuur en vlam’ zou staan

moeten en 300 biljoen jaar lang overal sterren schijnen

​

Maar: als een typische ster zoals de zon 10 miljard jaar lang schijnt, is dat 30 000 maal te kort

​

Dus moeten voor elke ster die nu schijnt in de toekomst nog 30 000 sterren geboren worden

​

MAAR: in onze Melkweg is er 10 keer minder gas dan er sterren zijn, terwijl dat er 30 000 keer meer had moeten zijn!

​

​

​

42 of 44

DUS: de oplossing van de paradox van Olbers ligt in het feit dat het heelal niet genoeg materie/energie bevat! (type A)

​

Dit is de definitieve oplossing van Edward Harrison

​

​

​

Maar ook al van lord Kelvin (1827-1907) in een onopgemerkte publicatie

​

​

En nog daarvoor ook al van……

43 of 44

Edgar Allan Poe

(1809-1849)

​

44 of 44

TAKE HOME MESSAGE:

  1. Het is donker ‘s nachts omdat het heelal te jong is en bovendien te weinig materie bevat
  2. Hou er een brede kijk op na: ook mensen van buiten je vakgebied kunnen waardevolle inzichten aanbrengen
  3. Stel alles in vraag: ook ogenschijnlijk vanzelfsprekende zaken kunnen bij nader inzicht helemaal niet zo evident zijn en tot dieper inzicht leiden