Paradoks langit gelap, juga dikenal sebagai Paradoks Olbers, menjelaskan mengapa, meskipun jumlah bintang di Alam Semesta tak terbatas, langit pada malam hari tampak hitam.

Jika kamu pernah melihat ke atas ke langit malam dan merenungkan mengapa tidak sepenuhnya penuh dengan jumlah bintang yang hampir tak terbatas di luar sana, kamu tidak sendirian. Faktanya, ini adalah salah satu teka-teki tertua dalam astronomi, tetapi jawabannya tidak hanya relatif sederhana, tetapi juga mencerahkan.

Dalam kutipan dari bukunya, Space: 10 Things You Should Know, astronom dan YouTuber Dr Becky menjelaskan sains di balik teka-teki kosmologis ini.

Mengapa Langit Malam Gelap
Pertanyaan tentang mengapa langit malam gelap telah diajukan oleh banyak fisikawan dan filsuf selama ribuan tahun, dari Yunani Kuno hingga astronom abad ke-20.

Itu dipopulerkan pada abad kesembilan belas oleh seorang Jerman bernama Heinrich Olbers; seorang dokter di siang hari dan seorang astronom di malam hari. Sementara banyak orang lain telah menjelaskan masalah ini sebelumnya, Olbers merumuskan penjelasan yang dinamai menurut namanya: paradoks Olbers, terkadang dikenal sebagai paradoks langit gelap.

Kamu mungkin mengira ada jawaban sederhana untuk pertanyaan ini: pasti langit malam gelap karena matahari terbenam? Tetapi saat Bumi berputar pada porosnya untuk menghadap kita menjauh dari bola cahaya besar pemberi kehidupan yang pernah ada di langit siang hari kita, ia beralih ke bintang-bintang lain yang tak terhitung banyaknya.

Meskipun bintang-bintang ini mungkin lebih jauh, ada banyak lagi – cukup untuk membuat bintang rumah kita tampak agak tidak penting. Oleh karena itu, jawabannya agak lebih mendalam, memberi kita wawasan tentang sifat Alam Semesta tempat kita hidup.

Di langit terdapat Matahari, Bulan, planet-planet dan bintang-bintang yang akan selalu terbit kembali setelah terbenam. Hal-hal ini diketahui dan mereka konstan. Berdasarkan pengamatan tersebut, nenek moyang kita menarik kesimpulan berikut tentang alam semesta:

1. bahwa itu sama di semua arah karena kita melihat bintang di setiap arah yang kita lihat (kami menyebutnya Alam Semesta yang homogen)

2. bahwa itu tidak berubah, selamanya tetap sama, karena tidak ada yang berubah setiap tahun (A Semesta statis)

3. bahwa Alam Semesta itu tak terhingga, karena ketika teleskop tumbuh seiring bertambahnya usia, semakin banyak bintang redup yang ditemukan di setiap bagian langit.

4. Jika semua hal tentang Alam Semesta ini benar, maka setiap garis pandang, setiap tempat yang dilihat di ruang angkasa pada akhirnya akan terjadi di atas sebuah bintang.

Bayangkan mengambil sepetak kecil langit, mungkin ukuran ibu jarimu, yang dipegang sepanjang lengan kira-kira seukuran Bulan purnama. Cobalah lain kali saat melihat langit malam dan kamu akan menemukan bahwa kamu dapat memblokir Bulan dari langit dengan ibu jarimu.

Kami berdua sangat menyadari bahwa pada kenyataannya Bulan jauh lebih besar dari ibu jari. Faktanya, jika saya berasumsi bahwa thumbnail saya kira-kira berbentuk lingkaran dan berdiameter sekitar 1,5 sentimeter, saya dapat memuat 50.000.000.000.000.000 thumbnail saya di permukaan Bulan.

Alasan mengapa thumbnail tunggal saya dapat memblokir seluruh Bulan sejauh satu lengan dari saya di Bumi, semuanya karena perspektif. Jika kita membayangkan bahwa lengan saya dapat tumbuh hingga dua kali panjangnya, maka pada jarak dua kali lipat dibutuhkan empat ibu jari saya untuk memblokir seluruh bulan purnama. Jaraknya dua kali lipat lagi dan butuh enam belas thumbnail.

Sekarang jika mengulurkan tangan tidak cukup untukmu, bayangkan ibu jari saya juga bersinar. Semakin dekat dengan saya, semakin cerah tampilannya. Semakin jauh jaraknya, akan semakin redup. Ini adalah sesuatu yang kita semua kenal dari menyeberang jalan di malam hari – menilai seberapa jauh sebuah mobil dari seberapa terang lampu depannya. Para astronom telah lama mengetahui berapa banyak hal yang lebih redup dengan jarak, dan seperti perspektif, itu tergantung pada kuadrat jarak.

Jadi jika kita pergi dua kali lebih jauh, benda menjadi empat kali lebih redup, karena 2² = 2 x 2 = 4. Tiga kali lebih jauh, benda menjadi sembilan kali lebih redup. Sepuluh kali lebih jauh, seratus kali lebih redup. Jadi, jika kita kembali ke gambar mini bercahaya di lengan saya yang dapat dipanjangkan – dengan panjang dua kali lipat lengan saya, saya memerlukan empat gambar mini bercahaya untuk menghalangi Bulan, tetapi gambar tersebut akan menjadi empat kali lebih redup. Jadi kedua efek tersebut dibatalkan untuk memberi empat thumbnail seterang thumbnail yang hanya berjarak satu lengan.

Sekarang bayangkan mengambil ini menjadi 100 kali panjang lengan saya, di mana kita akan memiliki 10.000 thumbnail, yang akan menjadi 10.000 kali lebih redup namun tetap seterang satu thumbnail pada panjang satu lengan – dan seterusnya hingga tak terhingga.

Thumbnail yang bersinar mungkin analogi yang agak lemah tapi saya lebih menyukainya. Karena bayangkan bahwa alih-alih thumbnail yang bersinar, kita memiliki bintang, dan alih-alih sepanjang lengan, kita mendapatkan tahun cahaya.

Bahkan dengan objek dan jarak yang jauh lebih besar ini, kebenaran yang sama berlaku dengan thumbnail yang bersinar. Jika saya memiliki satu bintang di petak langit pada jarak satu tahun cahaya, saya akan memiliki empat bintang di petak yang sama dengan jarak dua kali lipat, yang akan menjadi empat kali lebih redup.

Sekarang bayangkan ini di seluruh langit. Langit yang homogen, sama ke segala arah, dan tak terhingga. Pada setiap langkah tahun cahaya, ke segala arah yang kita lihat, kita akan memiliki jumlah kecerahan yang sama dengan bintang tunggal yang jaraknya hanya satu tahun cahaya. Dan dengan jumlah langkah tahun cahaya yang tak terhingga, langit malam akan sangat terang menyilaukan! Lalu mengapa langit gelap?

Edgar Allan Poe, dari semua orang, pernah menyinggung hal ini dalam salah satu esainya:

Jika suksesi bintang-bintang tidak ada habisnya, maka latar belakang langit akan memberi kita luminositas yang seragam, seperti yang ditampilkan oleh Galaksi – karena sama sekali tidak ada titik, di semua latar belakang itu, di mana tidak akan ada bintang. Oleh karena itu, satu-satunya cara di mana, di bawah keadaan seperti itu, kita dapat memahami kekosongan yang ditemukan oleh teleskop kita dalam arah yang tak terhitung banyaknya, adalah dengan mengandaikan jarak latar belakang yang tak terlihat begitu besar sehingga belum ada sinar darinya yang dapat menembusnya. untuk mencapai kita sama sekali.

Edgar hanya berfokus pada satu alasan mengapa langit menjadi gelap: karena Alam Semesta tidak berumur tak terhingga. Itu memiliki usia tertentu, dalam tahun, sejak penciptaannya.

Menambahkan asumsi itu ke ketiganya dari atas – dan mempertimbangkan bahwa dibutuhkan waktu cahaya untuk sampai ke kita, bepergian dengan batas kecepatan yang ditetapkannya – maka kita hanya dapat melihat cahaya bintang-bintang yang memiliki cukup waktu untuk sampai ke sana kita sejak awal penciptaan.

Kita sekarang tahu bahwa Alam Semesta diciptakan dalam Big Bang 13,8 miliar tahun yang lalu, jadi karena cahaya membutuhkan waktu untuk mencapai kita, akan ada 'alam semesta yang dapat diamati' di mana kita buta dan tidak dapat melihat bintang apa pun.

Namun hal lain yang kita ketahui dari teori Big Bang adalah bahwa Alam Semesta tidak terhingga. Ini memiliki ukuran yang terbatas. Jadi cahaya tidak hanya akan membutuhkan waktu untuk mencapai kita, tetapi kita juga tidak akan memiliki jumlah langkah tahun cahaya yang tak terhingga di sepanjang satu garis pandang. Akibatnya, kita tidak akan memiliki jumlah bintang tak terhingga yang dibutuhkan untuk membuat langit malam cerah.

Pada saat yang sama kita harus ingat bahwa Semesta selalu berkembang, karena ruang angkasa itu sendiri berkembang. Perluasan ruang ini membentangkan gelombang cahaya yang melintasinya. Semakin jauh cahaya bergerak di alam semesta, semakin banyak pergeseran merahnya.

Tetapi ruang angkasa telah meluas sedemikian rupa sehingga semua cahaya tampak dari benda-benda terjauh di Alam Semesta telah direntangkan melampaui cahaya merah kasat mata menjadi inframerah dan bahkan gelombang mikro. Gelombang ini tidak lagi terlihat oleh mata manusia kita yang lemah sehingga kecemerlangan sebenarnya dari langit malam, pada kenyataannya, sepenuhnya tersembunyi dari kita.