Me encanta cuando una pregunta aparentemente simple, tan simple que parece una tontería siquiera formularla, conduce a una percepción profunda, incluso cósmica.
Por ejemplo: ¿Por qué el cielo está oscuro por la noche?
Puedo imaginarte leyendo esto y pensando: “¿En serio? Eso es ¿profundo?”
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Sí. Sí, lo es. También puedo imaginarte pensando: “¡Pero la respuesta es obvia! Hay un número limitado de estrellas para todos. Los que están más lejos son más débiles. Así que hay mucho negro entre ellos y no hay nada que puedan iluminar. De curso el cielo está oscuro por la noche”.
Pero esa respuesta es errónea o, en el mejor de los casos, incompleta, y la situación real no era obvia ni siquiera para científicos eminentes hace aproximadamente un siglo. Y la persona que resolvió este misterio por primera vez (o, al menos, la primera en dar una respuesta científica correcta por escrito) ¡es casi seguro que no es quien piensas!
Para ser claros, el cielo no lo es. perfectamente oscuro por la noche. La atmósfera de la Tierra brilla débilmente incluso desde el lugar más oscuro. Sin embargo, aquí estamos hablando de oscuridad cosmológica: el universo mismo se encuentra en un estado de oscuridad. Incluso entonces hay algunas fuentes de luz de fondo.(estrellas distantes y galaxias demasiado pequeñas y débiles para ser vistas individualmente), sin embargo, el cielo parece bastante negro en comparación con, digamos, la superficie del sol.
Puede parecer una comparación extrema, pero no lo es. Ése es el meollo del problema.
Históricamente, los astrónomos mantuvieron la idea de que el universo era infinito en tiempo y espacio y se extendía para siempre. Siempre lo había sido y siempre lo sería. Era estático, inmutable.
Había razones para creer esto, especialmente si eras un astrónomo en, digamos, el siglo XIX. Uno pensaría que la Vía Láctea era el universo entero y que, por el fantasma de Ptolomeo, no cambiaba de una noche a otra. Oh, ciertamente la luna pasó por fases, dirías; cada planeta, fiel a la etimología griega de esa palabra, vagó por el cielo, y así sucesivamente. Pero las estrellas siempre estuvieron ahí y siempre habían estado.
Sin embargo, esta idea conduce a un problema: si el universo es infinito en el espacio, con estrellas distribuidas uniformemente, entonces el cielo debería ser brillante.-muy brillante, en función de su geometría.
Digamos que cuentas todas las estrellas en una delgada capa esférica centrada en la Tierra, una con paredes de un año luz de espesor y a 1.000 años luz de distancia. Si miras otra capa que está al doble de distancia (2.000 años luz) de distancia y del mismo grosor, las matemáticas dictan que tendrá cuatro veces el volumen y, por lo tanto, cuatro veces el número de estrellas que contiene. El volumen de una capa delgada como esta aumenta con el cuadrado de su distancia.
Sin embargo, está más lejos y eso significa que las estrellas serán más débiles. Eso sigue el inverso Ley del cuadrado: el brillo disminuye con el cuadrado de la distancia. Por tanto, una estrella dos veces más distante será un cuarto más brillante.
Eso significa que cualquier caparazón que elijas parecerá tan brillante como cualquier otro, sin importar su distancia. Cerca o lejos, el aumento del volumen y la disminución del brillo se anulan exactamente.
Vale, está bien. Pero recuerde, en nuestro pensamiento del siglo XIX, el universo es infinito; eso significa que hay un número infinito de capas y un número infinito de estrellas. En este escenario, no importa qué tan lejos mires, tu línea de visión será siempre choca contra una estrella, sin importar cuán pequeña sea el área del cielo que observes. Esto significa ¡Todo el cielo debería ser tan brillante como una estrella!
No quiero decírtelo con demasiada dureza, pero ese no es el caso. El cielo está oscuro. ¿Cómo puede ser esto? Bueno, se podría argumentar que hay nebulosas, nubes de polvo y gas en el espacio. Estos podrían bloquear la luz de las estrellas más distantes, manteniendo el cielo oscuro.
Lamentablemente, esto no funciona. Esas nubes se calientan al absorber toda esa radiación y pronto brillan tanto como cualquier estrella. No has resuelto el problema añadiendo nebulosas; simplemente lo has retrasado un poco. Y un universo infinito es paciente. Muy pronto, habrá luz en todas partes todo el tiempo y volverás al punto de partida.
A esta aparente contradicción del cielo oscuro la llamamos paradoja de Olbers, en honor al astrónomo alemán Heinrich Wilhelm Matthias Olbers, quien escribió sobre ella en su tratado de 1823 “Über die Durchsichtigkeit des Weltraums” (“Sobre la transparencia del espacio”). Señalaré que en la gran tradición de la nomenclatura occidental, se llama así, aunque Olbers no fue la primera persona en pensar en ello o escribir sobre ello; la cuestión ha existido durante siglos, y el astrónomo inglés del siglo XVI Thomas Digges la discutió. cuando propuso que el universo podría ser de naturaleza infinita.
Varios estudiosos abordaron la cuestión, pero ninguno encontró una solución científica plausible a la paradoja de Olbers. Sin embargo, eso cambió en 1848, cuando un escritor estadounidense publicó un ensayo titulado Eureka: un poema en prosa. En él, propuso que el universo era no infinita en extensión y que, al ser la velocidad de la luz también finita, simplemente no ha habido tiempo suficiente para que toda esa luz llegue hasta nosotros:
Por lo tanto, la única manera en que, bajo tal estado de cosas, podríamos comprender la vacíos que nuestros telescopios encuentran en innumerables direcciones, sería suponiendo que la distancia del fondo invisible es tan inmensa que ningún rayo procedente de él ha podido hasta ahora alcanzarnos.
Aunque el ensayo no proporciona una solución matemática cuantitativa (que llegaría unas décadas más tarde a través del famoso físico británico Lord Kelvin (William Thomson)), es en principio correcto y comprende una de las dos partes clave de la explicación correcta.
¿Quién fue el autor del ensayo? Édgar Allan Poe. Apuesto a que nunca más lo mirarás de la misma manera.
La otra parte de la respuesta es similar en el sentido de que el universo no siempre ha existido. A principios del siglo XX, los astrónomos, que ya sospechaban que el universo era mucho más grande que la Vía Láctea, estaban cada vez más seguros. El descubrimiento de la expansión cósmica descartó la hipótesis del cosmos estático, la idea de que el universo no cambia y, junto con otras observaciones, allanó el camino para el modelo actual del Big Bang. El modelo del Big Bang no excluye un universo infinito en el espacio, pero, en apoyo de la conjetura de Poe, sí predice un comienzo, un Día Uno cósmico. Al final, sólo podemos ver hasta cierto punto y la luz de las estrellas que están demasiado lejos no puede llegar hasta nosotros.
Curiosamente, la expansión del cosmos seguiría explicando la noche oscura incluso si ocurriera en un universo en estado estacionario. Si el universo entero eran Al crecer, a cierta distancia de la Tierra, esa expansión alejaría las estrellas demasiado rápido para que su luz nos alcanzara. Así que no se trata tanto de que el cielo oscuro demuestre el modelo del big bang sino más bien de que el big bang es un aspecto clave para entender lo que está pasando.
Ahora sabemos que el universo comenzó hace unos 13.800 millones de años, lo que puso un límite a la distancia a la que podemos ver los objetos. La expansión también atenúa su luz, ya que pierden energía que nos llega (creando el corrimiento al rojo cósmico). Además, las estrellas tienen una vida finita y, una vez que se consume todo el gas nebular para crearlas, el universo se oscurecerá, haciendo que el cielo oscuro se oscurezca aún más con el tiempo.
El propio Lord Kelvin dijo que no existen paradojas en la ciencia; son conflictos ilusorios que surgen debido a nuestra comprensión limitada. Cuanto más aprendemos sobre el universo, más se oscurecen y desaparecen las llamadas paradojas.