แสงสว่าง ในระหว่างวัน แสงแดดจากทุกทิศทุกทางสาดส่องลงมายังชั้นบรรยากาศของเรา แสงแดดส่องโดยตรงและสะท้อนกระทบเราจากทุกที่ที่เรามอง ในเวลากลางคืนแสงแดดส่องไม่ถึงชั้นบรรยากาศ สถานที่ใดบนท้องฟ้าที่ไม่มีจุดสว่างเช่น ดวงดาวหรือดวงจันทร์ก็มืดมิด คุณอาจเริ่มคิดลึกกว่านั้นเล็กน้อย หากจักรวาลไม่มีที่สิ้นสุด แนวสายตาของเราไม่ควรไปสิ้นสุดที่ดวงดาวไม่ว่าเราจะมองไปทางไหน

เนื่องจากมีกาแลคซีอยู่หลายล้านล้านกาแลคซี และกล้องโทรทรรศน์สามารถเห็นกาแลคซีจางๆที่ตาเรามองไม่เห็น ทำไมแสงจากกาแลคซีทั้งหมดจึงไม่เพิ่มขึ้นเพื่อส่องสว่างทุกจุดบนท้องฟ้า ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะตอบคำถาม แต่วิทยาศาสตร์สามารถท้าทายได้ มันเป็นปริศนาที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ฉงนสนเท่ห์มาหลายศตวรรษ และมันอาจกลายเป็นเรื่องไร้ความหมายหากคุณคิดอย่างลึกซึ้ง

บรรยากาศของเราบนโลกนี้ส่วนใหญ่โปร่งใสต่อแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเราจึงมองเห็นความมืดอันไม่มีที่สิ้นสุดของห้วงอวกาศในตอนกลางคืน ตำแหน่งของเราในทางช้างเผือกยังทำให้ฝุ่นและก๊าซเข้าขวางกั้นแสงจาก บริเวณใจกลางทางช้างเผือก แต่นอกเหนือจากนั้นทุกคนอาจคิดว่าแสงควรจะมองเห็นได้จากทุกทิศทางในหลายทุกตำแหน่ง

ท้ายที่สุด หากจักรวาลนั้นไม่มีที่สิ้นสุดจริงๆ ห้วงอวกาศจะขยายออกไปตลอดกาลในทุกๆทิศทางที่คุณจินตนาการได้ และในที่สุดแนวสายตาของคุณก็จะไปกระทบกับจุดแสงที่สว่างจ้า หากเป็นความจริง ท้องฟ้ายามค่ำคืนจะไม่มืดเลย แต่จะได้รับแสงสว่างจากดวงดาวแต่ละดวง ซึ่งแสงจะนำทางการเดินทางอันยาวไกลมายังโลก

แม้ในขณะที่เรามองเข้าไปในส่วนที่ลึกที่สุดของความว่างเปล่า ที่ซึ่งไม่สามารถมองเห็นดาวหรือกาแล็กซีได้ด้วยตามนุษย์ หรือแม้แต่กล้องโทรทรรศน์ทั่วไป แต่หอดูดาวที่ทรงพลังที่สุดของเราก็เผยให้เห็นว่ามีอะไรมากมายอยู่ข้างนอกนั่น แต่เมื่อเทียบกับพื้นหลังสีดำที่ว่างเปล่า ที่นั่นยังคงเป็น แสงสว่าง เพียงไม่กี่จุด เอกภพเต็มไปด้วยดวงดาวและกาแล็กซีจริงๆ

พวกมันอยู่ห่างไกลออกไปมาก ด้วยระยะทางนับล้าน พันล้าน หรือแม้แต่หลายหมื่นล้านปีแสง แสงดาวเดินทางผ่านจักรวาลไปยังอุปกรณ์สังเกตการณ์ที่ดีที่สุดของเรา เผยให้เห็นจักรวาลที่อุดมสมบูรณ์และกว้างใหญ่ไพศาล แต่ไม่ว่าจะใหญ่แค่ไหน ก็ยังอีกยาวไกลจากอนันต์ เรายังไม่รู้ว่าเอกภพมีขอบเขตหรือไม่สิ้นสุด

สิ่งที่เรารู้ก็คือส่วนของเอกภพที่เราสามารถสังเกตได้จะต้องมีขอบเขต แม้ว่าเราจะไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับโครงสร้างขนาดใหญ่ของเอกภพจนกระทั่งช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 เราก็ยังรู้ว่าเอกภพขนาดใหญ่ที่สังเกตได้นั้นเป็นไปไม่ได้ ความขัดแย้งของไฮน์ริช วิลเฮล์ม มาเธียส โอลเบอร์ส ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 ไฮน์ริช วิลเฮล์ม มาเธียส โอลเบอร์สสังเกตเห็นความขัดแย้ง

หากเอกภพนั้นไม่มีที่สิ้นสุด โดยมีดาวฤกษ์และกาแล็กซีหนาแน่นสม่ำเสมอ คุณก็จะเห็นแสงจำนวนไม่สิ้นสุดจากทุกทิศทุกทาง คุณจะเห็นดวงดาวทุกดวงที่อยู่ใกล้เคียง จากนั้นในช่วงเวลาระหว่างดวงดาว คุณจะเห็นดวงดาวที่อยู่ไกลออกไป ไม่ว่าคุณจะอยู่ห่างจากพวกมันเป็นระยะทางเท่าใด ล้าน พันล้าน ล้านล้าน หรือหลายพันล้านปีแสง

ไม่ว่าคุณจะมองไปยังที่ใด แนวสายตาของคุณก็จะตกลงบนพื้นผิวของดาวในที่สุดหากคุณไม่เข้าใจ เราสามารถคิดจากมุมมองทางคณิตศาสตร์ได้ หากความหนาแน่นของดวงดาวคงที่ทั่วทั้งอวกาศ ให้คูณความหนาแน่นของดาวด้วยปริมาตรที่พวกมันครอบครอง จะเท่ากับจำนวนดาวทั้งหมดที่คุณหาได้ในนั้น ยิ่งดาวฤกษ์ดวงหนึ่งอยู่ไกลออกไป ดวงดาวก็ยิ่งหรี่ลง

โดยความสว่างจะลดลงเท่ากับกำลังสองของระยะทาง แต่จำนวนดาวทั้งหมดที่คุณมองเห็นได้ในระยะทางที่กำหนดนั้น สัมพันธ์กับพื้นที่ผิวของรัศมีทรงกลมที่ระยะแนวสายตา ซึ่งเพิ่มขึ้นเป็นกำลังสองของระยะทางคูณจำนวนดาวด้วยความสว่างของดาวแต่ละดวง แล้วคุณจะได้ค่าคงที่ความสว่างที่ระยะหนึ่งเป็นค่าเฉพาะ ขอเรียกว่า B ระยะทางสองเท่า ความสว่างคือ B เช่นกัน

ตอนนี้รวมคอลัมน์คงที่นี้และต่อไปเรื่อยๆ คุณเห็นสิ่งที่เกิดขึ้นที่นี่ไหม ใช่ คำตอบคือไปที่อินฟินิตี้ เว้นแต่ลำดับนี้จะมีจำนวนรายการที่จำกัด คุณจะได้รับค่าความสว่างจำนวนไม่สิ้นสุดสำหรับท้องฟ้ายามค่ำคืน ซึ่งสว่างอย่างไม่มีที่สิ้นสุดในทุกทิศทาง ความสว่างอธิบายทางคณิตศาสตร์ ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 ไฮน์ริช วิลเฮล์ม มาเธียส โอลเบอร์ส

ใช้วิธีการให้เหตุผลนี้เพื่อสรุปว่าเอกภพที่สังเกตได้นั้น ไม่มีขอบเขตสิ้นสุดแต่เขาไม่แน่ใจ เพราะยังมีคำถามทางดาราศาสตร์อีกจำนวนมากที่ยังไม่ได้รับคำตอบ ข้อโต้แย้งที่พบได้บ่อยที่สุด คือการวิเคราะห์นั้นไร้เดียงสาเกินกว่าจะคำนึงถึงฝุ่นที่บดบังแสงทั้งหมด ซึ่งคุณสามารถมองเห็นได้เพียงแค่ดูระนาบของทางช้างเผือก

แม้แต่ในยุคปัจจุบัน ทิวทัศน์ทางดาราศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดหลายแห่งของเรา ก็ยังเต็มไปด้วยฝุ่นที่บดบังแสง เมื่อพิจารณาจากมุมมองของจักรวาลมีขอบเขตจำกัด ความสว่างของฝุ่นเหล่านี้อาจเปรียบได้กับแสงดาวด้วยซ้ำ เพราะแสงที่มองเห็นได้ซึ่งกระทบกับฝุ่นจะถูกฝุ่นดูดซับ และแผ่รังสีอีกครั้งด้วยพลังงานที่ต่ำกว่า

การเปลี่ยนแปลงในจักรวาล แต่ถ้าเอกภพของเรานั้นไม่มีที่สิ้นสุด ช่องโหว่ของความขัดแย้งของไฮน์ริช วิลเฮล์ม มาเธียส โอลเบอร์สก็ปรากฏขึ้น เม็ดฝุ่นทั้งหมดจะต้องดูดซับแสงดาวจำนวนไม่สิ้นสุด จนกว่ามันจะแผ่รังสีที่อุณหภูมิเดียวกับแสงทั้งหมดที่มันดูดซับไว้ กล่าวอีกนัยหนึ่งมีบางอย่างไม่ปกติ เอกภพของเราไม่สามารถคงที่ ไม่มีที่สิ้นสุด และกระจายอย่างสม่ำเสมอด้วยดวงดาวที่ส่องแสง

ถ้าเป็นเช่นนั้น ท้องฟ้ายามค่ำคืนก็จะสว่างไสวไปทั่วทุกทิศทุกทาง เห็นได้ชัดว่ามีอย่างอื่นรบกวนที่นี่ เมื่อไอแซก นิวตัน ค้นพบกฎของความโน้มถ่วงสากล เขาตระหนักว่าวัตถุที่มีมวลมีแรงดึงดูดเสมอ และวัตถุขนาดใหญ่ทุกวัตถุในจักรวาลจะดึงดูดวัตถุอื่นๆทุกๆชิ้น กฎการแพร่กระจายแสง โดยที่แสงเดินทางเป็นเส้นตรงในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน

การถ่ายภาพรูเข็มสุริยุปราคาและจันทรุปราคาและการเกิดเงาล้วนยืนยันข้อเท็จจริงนี้นอกเหนือจากลักษณะคลื่นของแสงตามการแพร่กระจายเชิงเส้นของแสงแล้ว วิชาที่ศึกษาการแพร่กระจายของแสงในตัวกลางและกฎการถ่ายภาพของวัตถุเรียกว่า ทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต ในทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต เส้นเรขาคณิตที่มีลูก ศรแสดงถึงทิศทางการแพร่กระจายของแสง

ซึ่งเรียกว่ารังสี ทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตถือว่าวัตถุเป็นการรวมกันของจุดวัตถุจำนวนนับไม่ถ้วน ในกรณีโดยประมาณ จุดวัตถุสามารถใช้แทนวัตถุได้เช่นกัน และลำแสงที่ปล่อยออกมาจากจุดวัตถุถือเป็นชุดของรังสีเรขาคณิตจำนวนนับไม่ถ้วน และทิศทางของแสงแสดงถึงทิศทางการส่งผ่านของพลังงานแสง

บทความที่น่าสนใจ : มหาสมุทร ศึกษาสัตว์ประหลาดที่น่ากลัวที่อาศัยอยู่ในมหาสมุทรโบราณ