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Le paradoxe d'Olbers est une contradiction apparente entre la constatation que la nuit le ciel est noir et un univers statique et infini comme il était supposé à l'époque.
Il est nommé ainsi en l'honneur de l'astronome allemand Heinrich Olbers qui le décrivit en 1823 mais qui était déjà connu par Kepler en 1610 ainsi que Halley et Chéseaux au XVIIIe.
Si on suppose un univers infini contenant une infinité d'étoiles uniformément réparties, alors chaque ligne de vue devrait aboutir à la surface d'une étoile. La luminosité observée d'une surface est indépendante de la distance à laquelle on l'observe (surface apparente vs nombre d'étoile? non car moitié du problème : ....). Donc, selon cette hypothèse, le ciel nocturne devrait être aussi brillant que la surface d'une étoile moyenne comme notre soleil par exemple.
Kepler considérait ceci comme un argument en faveur d'un univers fini ou du moins un univers avec un nombre fini d'étoiles.
Une explication qui a été avancée est que l'univers n'est pas transparent et que la lumière provenant des étoiles distantes est bloquée par ce milieu non-transparent, des étoiles non-lumineuses, de la poussière ou des gaz, de sorte qu'un observateur ne peut que percevoir la lumière provenant d'une distance finie.
Cet argument ne permet pas de résoudre le paradoxe. En effet, selon la deuxième loi de la thermodynamique l'énergie doit être conservée, de sorte que l'hypothétique milieu non-transparent devrait s'échauffer en absorbant la lumière et réémettre cette énergie sous forme de lumière mais pas avec la même longueur d'onde. Le résultat serait une radiation uniforme de lumière dans toutes les directions ; ce n'est pas ce que l'on observe.
Une autre explication avance le fait que chaque étoile ne possède qu'une quantité finie de matière et donc ne brille que durant une période finie de temps. Cette théorie semble avoir été suggérée pour la première fois par l'écrivain et poète Edgar Allan Poe. Toutefois le paradoxe tient encore si l'on suppose que les étoiles sont uniformément et continuellement créées dans l'univers, brillent pendant une durée finie de temps puis meurent.
Le paradoxe peut être résolu de plusieurs façon.
Si l'univers n'existe que depuis une durée finie de temps, comme le soutient la théorie standard du Big Bang, alors seule la lumière d'un nombre fini d'étoiles peut nous atteindre et le paradoxe n'en est plus un.
De même, si l'univers est en expansion, comme l'affirme aussi la théorie du Big Bang, alors la lumière des étoiles est de plus en plus décalée vers le rouge en fonction de leur éloignement, ce qui diminue d'autant leur luminosité et fait tomber le paradoxe.
Chacun de ces deux effets suffit à résoudre la paradoxe mais, selon le Big Bang, les deux sont à prendre en compte; la finitude de l'âge de l'univers étant l'effet le plus important.
La noirceur du ciel nocturne est un des fondement de la théorie du Big Bang.
Une autre solution, qui ne repose pas sur la théorie du Big Bang, a été proposée par Benoît Mandelbrot. Elle repose sur l'hypothèse que les étoiles ne sont pas uniformément réparties dans l'univers, mais seraient distribuées comme une fractale. L'univers comporterait donc de grandes zones sombres sans étoiles. Actuellement, on ne sait pas si cela est vrai ou faux, mais des études récentes effectuées par des satellites montrent que le fond cosmologique micro-onde est isotrope à au moins 99,99%.
