domingo, 9 de septiembre de 2007

¿Por qué la noche es oscura?

Aquello a lo que estamos acostumbrados no llama nuestra atención ni nos resulta extraño. La noche es oscura porque el Sol está oculto y su luz no nos llega; por otro lado, la luz de las estrellas no es suficiente para hacer brillar el cielo nocturno... ¿Pero, por qué?

Esta pregunta nos viene acompañando desde el siglo XVI cuando Thomas Digges introdujo la idea de una transición de un universo finito a uno infinito; manteniendo la concepción copernicana representó la esfera de las estrellas fijas extendida infinitamente en altitud.




Johannes Kepler a principios del siglo XVII se hacía la pregunta siguiente: “Si las estrellas son como nuestro Sol y están distribuidas por el espacio de manera uniforme, ¿por qué la suma de su luz no nos deslumbra y hace que el cielo brille también de noche?”.

Esta cuestión se denomina Paradoja de Olbers en honor a H. Olbers, quien la popularizó en 1823. Se trata de la contradicción aparente que existe entre que el cielo nocturno sea negro y que el Universo sea infinito. Si el universo es espacialmente infinito y contiene una cantidad infinita de estrellas, cuando observamos un punto cualquiera del cielo, antes o después deberíamos encontrar una estrella en nuestra línea visual.

Una analogía que ilustra esta situación fue introducida por Otto von Guericke en 1672, al decir que ocurre lo mismo dentro de un bosque denso cuando al mirar en cualquier dirección encontramos inevitablemente el tronco de un árbol.



¿Cuánto tendría que brillar el cielo?

Si consideramos las estrellas como objetos puntuales de luminosidades idénticas y distribuidos uniformemente en una extensión infinita, la acumulación de toda la luz procedente de un número infinito de estrellas proporcionaría ¡una cantidad de radiación infinita!

Afortunadamente las estrellas no son puntos sino que poseen una superficie finita; del mismo modo que en un bosque los árboles cercanos ocultan los lejanos, los discos de las estrellas próximas ocultarían los de las más distantes. Así, el brillo del cielo no sería infinito; bastaría un determinado número de estrellas para cubrir toda la superficie de la esfera celeste.

Pero aún así, el brillo del cielo debería ser igual al de la fotosfera solar, lo que haría que nuestro entorno estuviera a unos ¡6000ºC!

Astrónomos eminentes se plantearon esta paradoja y trataron de darle solución.

T. Digges, en 1576, pensaba que la luz de las estrellas era demasiado débil como para hacerse visible a nuestros ojos, debido a las enormes distancias que las separan de la Tierra.

En 1610, J. Kepler, rechazando la posibilidad de la infinitud del universo, pensó en la necesidad de introducir una “frontera cósmica” que contuviera un número finito de estrellas, evitando así la idea de una esfera tan luminosa como el Sol.

Edmond Halley estudió la paradoja en 1720, empleando un argumento semejante al utilizado por T. Digges casi 150 años antes.

Basándose en los trabajos de Halley, Jean-Philippe Loys de Chéseaux comenzó a estudiar la paradoja. Sugirió que, o bien la esfera de las estrellas no era infinita o bien la intensidad de la luz disminuía rápidamente con la distancia, quizás debido a la presencia de cierto material absorbente en el espacio interestelar.

Más tarde, en 1823, cuando Olbers planteó la paradoja, recurrió de nuevo a la posibilidad introducida por Chéseaux de que el espacio no fuera transparente a la radiación por completo, de forma que si no vemos las estrellas no es porque no estén ahí, sino porque su luz ha sido absorbida por material interestelar antes de alcanzar la Tierra.

El primero que intuyó la solución correcta no fue un científico, sino un poeta. Edgar Alan Poe en 1848 escribió: “La única manera de comprender los espacios libres de estrellas que los telescopios hallan en innumerables direcciones, consiste en suponer que la distancia al fondo visible fuera tan inmensa que ningún rayo de luz que viniera de allá hubiera sido aún capaz de llegar hasta nosotros.”

En este mismo año, John Herschel demostró que el argumento defendido por Chéseaux no era correcto, ya que el material que absorbiera la radiación se calentaría lo suficiente como para comenzar a emitir por sí mismo radiación en una cantidad igual a la que recibiera. Más adelante, en 1869, Herschel imaginó un universo infinito pero en el que hubiera un número arbitrario de direcciones en las que no se observaran estrellas. Retomó una idea de 1755 de Emmanuel Kant: un “universo jerárquico” en el que habría sistemas de estrellas, hoy denominados galaxias; las galaxias se agruparían en sistemas de galaxias (cúmulos de galaxias), los cuales se concentrarían en un nivel superior (supercúmulos de galaxias) y así sucesivamente. Defendió con esta idea que si la intensidad de los cúmulos se reduce al crecer sus dimensiones, entonces, en un universo jerárquico de infinitos niveles, se solucionaría la Paradoja de Olbers. Hoy en día, en matemáticas, esto se denomina “universo fractal”. Sin embargo tampoco es un argumento válido para solucionar la paradoja ya que hoy sabemos que el universo es prácticamente isótropo, mostrando un aspecto semejante en todas las direcciones, característica impropia de un universo jerárquico.

Johan von Mädler, en 1861, recuperó la idea de Poe pero su trabajo pasó totalmente inadvertido.

Del mismo modo ocurrió con un artículo, escrito por Lord Kelvin en 1901, en el que demostró cuantitativamente que el tiempo de viaje de la luz procedente de las estrellas más lejanas es mayor que el tiempo de vida de las mismas.

El astrónomo Harlow Shapley consideró, en 1917, el argumento defendido por Kepler como el más importante, aunque él no recurrió a la idea de una frontera cósmica. Para Shapley el universo estaba formado por una única isla (un sistema estelar infinito) en medio de un océano de espacio vacío.

En 1948, Hermann Bondi propuso que debido a que la expansión del universo provoca que la luz percibida de la lejanía sea rojiza (de menor energía), cuanto más lejos se encuentren las estrellas, con menor energía llegará su radiación hasta nosotros y no las podremos observar. Aún hay muchos científicos que creen que la expansión del universo es la causa de la oscuridad de la noche, pero no es del todo correcto; la expansión del universo solo contribuye al resultado tornando la noche más oscura, pero no es la causa principal.

La solución definitiva la aportó Edward Harrison, en 1965, al combinar el hecho de que la luz viaja a una velocidad finita y que las estrellas tienen una vida limitada. Como consecuencia de estos dos hechos, la luz de muchas de las estrellas necesarias para cubrir el cielo no ha tenido tiempo de llegar a la Tierra; el intervalo de tiempo transcurrido desde que esas estrellas comenzaron a brillar hasta ahora no ha sido suficiente para que su radiación recorra la inmensa distancia que las separa de nosotros.

Sin embargo... ¡La noche no es oscura! El cielo no es del todo negro.
En 1965, Arnold Penzias y Robert Wilson descubrieron (sin buscarla) la radiación cósmica de fondo, que inunda todo el espacio y que nuestros ojos no están diseñados para percibir. Pero esta será otra historia...

Aunque la paradoja lleva el nombre de Olbers, el planteamiento y el argumento para resolverla que Olbers propuso no fueron originales (restando mérito a otros grandes científicos).

11 comentarios:

modes amestoy dijo...

bella paradoja que nos hace pensar y elucubrar. Así vamos avanzando en la ciencia.
Un abrazo y me alegro de tu vuelta.

Enigma dijo...

... la noche es oscura ya que rara vez vemos con el corazon, siempre con los ojos.

Saludos

El Enigma
Nox atra cava circumvolat umbra

Hipatia de Alejandría dijo...

¡¡¡Guaspshh!!! Qué artículo más bueno.
¡Gracias!
Un pieso desde la Enterprise.

Dédalus dijo...

Uf, Galatea!... Hacía mucho tiempo que no venía a verte y a admirar tu espléndida página, y me he encontrado con un artículo extraordinario. Te confieso que con los astrólogos me pierdo tanto como con los entomólogos, en cuanto empiezan a calcular distancias y ancianidades... Pero el repaso del pensamiento humano me apasiona. Es increíble ver cómo hemos llegado hasta aquí, para terminar sabiendo aún bien poco, pero siempre algo más.
Recuerdo que en el primer año de la Uni, un profe nos comentó que los sabios del XVIII le daban vueltas, entre otras, a esta cuestión: "Si un árbol cae en el bosque y no hay nadie para escucharlo, ¿se produce sonido?

Un beso,

Juanan.

Dédalus dijo...

Hola, de nuevo. He pasado a verte, a saludarte, a dejarte un beso.

Hasta pronto, Galatea.

CUCHHHI dijo...

me ha gustado mucho tu Universo...no hay materia oscura tenebrosa, sino luz vital...besos

Anónimo dijo...

Hola Galatea, por favor pon un add a lector de RSS para poder enterarnos de las novedades de tu blog. Gracias

fyrwet dijo...

La Paradoja de Olbers es una de las primeras cosas que se enseñan en Cosmología. Me ha gustado recordarlo.

Enigma dijo...

El blog ha muerto?
Requiem...

El Enigma
Nox atra cava circumvolat umbra
http://enigmatario.org

Jordi dijo...

Si no te importa y me das tu permiso, te voy a "chorrar" algunas fotos, pues me parecen preciosas. Entender tu blog y leerlo será un placer, pero necesito que la simbiosis de mis neuronas y la fusión se produzca; y ahora mismo, más bien tienden a la fisión... En fin... salud, y suerte en tus descubrimientos!.

Galatea dijo...

Hola Jordi,
No me importa que cojas fotos de "este" blog porque en realidad están todas en internet.
Si quieres alguna de mi otro blog (sólo fotos mías) la cosa cambia, dependería del uso que fueras a darle...
Gracias por visitarme.

Enigma,
el blog no ha muerto pero yo casi!
A ver si saco tiempo para comenzar de nuevo, tengo historias en mente pero la oposición me absorbe como un agujero negro...

Abrazos infinitos
Galatea