Il paradosso di Olbers, noto anche come paradosso del cielo notturno, è il nome dato al problema di spiegare perché il cielo è buio di notte. Il puzzle è stato posto per la prima volta in un momento in cui si presumeva che l’universo fosse statico, infinito in estensione e infinitamente vecchio. Sulla base di questi presupposti, sembrerebbe che il cielo dovrebbe essere luminoso, poiché ci sarebbe un numero infinito di stelle che coprirebbero ogni punto del cielo. Il paradosso prende il nome da Heinrich Olbers, il quale, nel 1826, dichiarò che ogni linea di vista sarebbe finita su una stella, rendendo il cielo luminoso. Il problema, però, era sorto più volte in precedenza nella storia dell’astronomia, a partire dal XVI secolo.
Il primo riferimento noto al paradosso viene dall’astronomo Thomas Digges nel 1576, che incontrò il problema nella sua descrizione di un universo infinito con una distribuzione casuale di stelle. Nel 1610, Johannes Kepler citò quello che sarebbe diventato noto come il paradosso di Olbers per dimostrare che l’universo deve essere finito. Sembrava esserci un problema con un universo finito, tuttavia, che sarebbe crollato su se stesso a causa dell’attrazione gravitazionale delle stelle e dei pianeti al suo interno. La maggior parte degli astronomi quindi presumeva che l’universo fosse infinito e quindi il paradosso rimase.
I suggerimenti iniziali che la maggior parte delle stelle fossero troppo lontane per essere viste sono stati rapidamente respinti. Se l’universo fosse infinitamente vecchio, la luce delle stelle avrebbe un tempo infinito per raggiungerci, quindi anche le stelle più lontane contribuirebbero a creare un cielo luminoso. Si può dimostrare matematicamente che per un universo infinito con stelle uniformemente distribuite, l’intero cielo deve essere luminoso come una stella media. La luminosità delle stelle diminuisce con la distanza, ma il numero delle stelle aumenta con la distanza, senza limiti in un universo infinito. Gli effetti si annullano, lasciando un cielo luminoso.
Vari ulteriori tentativi sono stati fatti per risolvere il puzzle nel corso delle prossime centinaia di anni. Un primo tentativo di spiegazione fu che la maggior parte della luce delle stelle era oscurata dalla polvere. Mentre è vero che le nuvole di polvere nella nostra galassia ne ostruiscono alla vista ampie aree, se ci fosse un numero infinito di stelle, alla fine tutta la polvere si scalderebbe e brillerebbe, proprio come le stelle.
Un altro suggerimento era che le stelle non fossero distribuite casualmente, ma fossero disposte in gruppi con grandi vuoti nel mezzo. Ora sappiamo che è proprio così: le stelle sono raggruppate in galassie, che sono raggruppate in ammassi e superammassi. Sulla scala più grande, tuttavia, l’universo è omogeneo e il paradosso di Olbers, come descritto dallo stesso Olbers, afferma che ogni linea di vista deve terminare con una stella. Detto in questo modo, è chiaro che un raggruppamento non casuale di stelle potrebbe spiegare il cielo scuro solo se le stelle fossero allineate l’una dietro l’altra, bloccando la luce l’una dell’altra – uno scenario che nessuno potrebbe prendere sul serio.
Fu solo con la scoperta da parte di Edwin Hubble, nel 1929, che l’universo si sta espandendo, che si presentò una soluzione al paradosso di Olbers. È ormai noto che l’universo osservabile si sta espandendo a una velocità che aumenta con la distanza e, guardando indietro nel tempo, arriviamo a un punto di minuscolo volume e di enorme densità. Questo dà due ragioni per cui il cielo è scuro. La prima e più importante ragione è che l’universo ha un’età finita, quindi non ci sarebbe stato tempo perché la luce delle stelle oltre una certa distanza ci raggiungesse. Una seconda ragione è che l’espansione dell’universo provoca uno spostamento Doppler nella luce delle stelle che aumenta con la distanza; oltre una certa distanza, tutta la luce si sposterebbe oltre lo spettro visibile, rendendo invisibile qualsiasi stella.