Paradoxe d'Olbers

L'univers n'est pas vide, puisque nous sommes là, et que nous voyons plein d'étoiles dans le ciel. Alors, pourquoi tous les corps matériels ne s'effondrent-ils pas en un même point, sous l'effet de leur gravité, laissant un univers vide partout ailleurs ? Newton ne voit que trois façons d'éviter cet effondrement : l'univers est infini, et uniformément peuplé d'étoiles, ou bien l'univers est en expansion, ou bien l'univers n'est pas très vieux et n'a pas eu le temps de se contracter. Pour des raisons philosophiques, Newton préfère penser que l'univers est infini et éternel... 

Même écarté ainsi le risque de l'effondrement gravitationnel de l'espace newtonien, il subsiste un très grave problème: Toute le monde peut constater que le ciel est noir, la nuit. Or ceci est loin d'être attendu dans un univers tel que celui que décrit Newton... Imaginons-nous en effet dans une forêt qui présente les mêmes caractéristiques que l'espace : infinie (on trouve toujours des arbres, aussi loin que l'on voyage), uniforme (la densité d'arbres est à peu près constante dans toutes les directions), éternelle (il a toujours existé des arbres, et il en existera toujours), et statique (les arbres ne se déplacent pas). Dirigeons notre regard à l'horizontale dans n'importe quelle direction. Que voyons-nous ? Il est facile de se convaincre que le regard s'arrête toujours sur la même chose : un tronc d'arbre. Un tronc d'arbre situé à quelques dizaines de mètres, en général, ou à quelques kilomètres si l'on a la "chance" de passer entre les troncs des arbres plus proches. Si l'on transpose cela à l'observation du ciel, notre rayon visuel, dirigé dans n'importe quelle direction du ciel nocturne, devrait donc s'arrêter sur la surface d'une étoile. loin d'être noir, le ciel de l'espace newtonien devrait avoir une brillance uniforme, de l'ordre de celle de la surface du Soleil ! En effet, la brillance superficielle B avec laquelle est vu un objet étendu ne dépend pas de la distance r à laquelle on l'observe. Elle s'écrit en effet B = I.σ , où I est l'intensité ( énergie reçue d'une unité de surface vraie de la source) dans la direction de l'observateur, et σ la surface apparente (c'est à dire projetée sur une perpendiculaire à la ligne de visée) d'un élément de la source imagé sur le détecteur (la rétine par exemple).

Ainsi, une au moins des hypothèses newtoniennes (uniformité, infinité, éternité, staticité) est fausse... Cette remarque a été formulée le plus clairement par Olbers au XIXe siècle, et son nom est resté attaché à ce "paradoxe d'Olbers". Mais elle est bien antérieure, et il est remarquable qu'une déduction d'une telle portée ( l'univers est soit fini, soit non-statique, soit relativement jeune, soit non-uniforme) soit à la portée de tout observateur perspicace armé de ses seuls yeux... On a bien essayé d'invoquer une absorption de la lumière des étoiles par l'espace, supposé "poussiéreux", en quelque sorte; mais ceci ne fait que repousser le problème dans le temps, car le matériau absorbant doit finir par s'échauffer jusqu'à être en équilibre avec le rayonnement stellaire qu'il reçoit, et le ciel retrouver sa brillance.

On pense aujourd'hui que le ciel nocturne est noir parce que l'univers est jeune et en expansion; surtout pour la première raison d'ailleurs.