43 La paradoja de Olbers
Quizá crea que trazar un mapa del universo entero y representar su historia es difícil y que serán necesarios satélites espaciales muy caros, enormes telescopios en cumbres montañosas remotas o un cerebro como el de Einstein. Pero, en realidad, si sale al exterior en una noche clara puede realizar una observación que será absolutamente tan profunda como la relatividad general. El cielo nocturno es oscuro. Aunque esto es algo que damos por sentado, el hecho de que sea oscuro y no tan brillante como el Sol ya nos dice muchas cosas sobre el universo.
Luz de estrellas, brillo de estrellas Si el universo fuera infinitamente grande, y se extendiera para siempre en todas direcciones, dondequiera que miráramos veríamos una estrella. Todas las líneas visuales acabarían en la superficie de una estrella. Si nos alejáramos de la Tierra, cada vez habría más estrellas llenando el espacio. Es como mirar a través de un bosque arbolado: de cerca se distinguen los troncos, y parecen más grandes y cercanos de lo que en realidad están, pero cada vez más árboles distantes llenan el campo visual. De modo que si el bosque fuera realmente grande, no se vería el paisaje de más allá. Esto es lo que ocurriría si el universo fuera realmente grande. Aunque las estrellas están mucho más espaciadas que los árboles, finalmente habría suficientes para obstruir toda la vista.
Si todas las estrellas fueran como el Sol, todos los puntos del cielo estarían llenos de luz de estrellas. Aunque una sola estrella lejana es tenue, a esa distancia hay más estrellas. Si sumamos la luz de todas esas estrellas, iluminarán tanto como el Sol, así que el firmamento nocturno debería ser tan brillante como el Sol.
Obviamente no lo es. La paradoja del cielo nocturno oscuro fue puesta de relieve por Johannes Kepler en el siglo XVII, pero no fue formulada hasta 1823 por el astrónomo alemán Heinrich Olbers. Las soluciones a la paradoja son profundas. Hay varias explicaciones y cada una de ellas tiene algunos elementos de verdad que ahora se comprenden y que han sido adoptados por los astrónomos modernos. Sin embargo, es asombroso que una observación tan simple pueda revelarnos tanto.
Los cielos oscuros
La belleza del oscuro cielo nocturno es cada vez más difícil de apreciar debido al resplandor de las luces de las ciudades. A lo largo de la historia, la gente podía levantar la vista durante las noches claras y observar el eje brillantemente iluminado de las estrellas extendiéndose en el firmamento. Fue bautizado con el nombre de Vía Láctea y ahora sabemos que al mirarlo contemplamos el plano central de nuestra galaxia. Incluso en las ciudades grandes, hace 50 años era posible ver las estrellas más brillantes y la franja de la Vía Láctea, pero hoy en día apenas son visibles unas pocas estrellas, e incluso las vistas del cielo en el campo están bañadas por una mezcla de humo y niebla amarillenta. La vista que ha inspirado a generaciones antes de nosotros se ha oscurecido. Las principales culpables son las farolas de sodio, especialmente las que derrochan luz al iluminar hacia arriba además de hacia abajo. Grupos de todo el mundo, como la asociación International Dark-Sky, formada por astrónomos, promueven una campaña para frenar la contaminación lumínica con el fin de preservar nuestra visión del universo.
¡Eureka!
Edgar Allan Poe, en su poema en prosa Eureka, de 1848, observaba:
«Si la sucesión de estrellas fuera interminable, entonces el fondo del firmamento presentaría una luminosidad uniforme, como la que exhibe la Galaxia, pues no habría absolutamente ningún punto, en todo ese fondo, en el que no existiera una estrella. Por consiguiente, en este estado de cosas, el único modo de comprender los vacíos que nuestros telescopios encuentran en innumerables direcciones, sería suponiendo una distancia del fondo invisible tan inmensa que ningún rayo procedente del mismo ha podido alcanzarnos aún».
El final a la vista La primera explicación es que el universo no es infinitamente grande. Debe acabar en algún lugar. Así que tiene que haber un número limitado de estrellas en él y no todos los campos de visión encontrarán una estrella. Igualmente, si miramos desde el borde de un bosque o desde un bosque pequeño, podremos ver el cielo más allá.
Otra explicación sería que las estrellas más distantes son inferiores en número, así que aunque se reúnan no darán tanta luz. Como la luz viaja a una velocidad precisa, la luz de las estrellas distantes tarda más en llegar hasta nosotros que la de las más cercanas. La luz del Sol tarda 8 minutos en llegar hasta nosotros, pero desde la estrella más cercana, Alfa Centauri, tarda 4 años, y hasta cien mil años desde las estrellas que se encuentran al otro lado de nuestra propia galaxia. La luz de la siguiente galaxia más cercana, Andrómeda, tarda 2 millones de años en alcanzarnos; es el objeto más distante que podemos ver únicamente con nuestros ojos. De manera que cuando escudriñamos a lo lejos en el universo, miramos hacia atrás en el tiempo, y las estrellas distantes son más jóvenes que las cercanas. Esto podría ayudarnos con la paradoja de Olbers si esas estrellas jóvenes finalmente fueran más raras que las estrellas parecidas al Sol, las más cercanas. Las estrellas como el Sol viven durante 10.000 millones de años (las más grandes viven menos y las más pequeñas más), así que el hecho de que las estrellas tengan una vida finita también podría explicar la paradoja. Las estrellas dejan de existir antes de un cierto tiempo porque no han nacido aún. Así que las estrellas no han existido siempre.
Hacer que las estrellas lejanas se perciban más débilmente que el Sol también es posible mediante el desplazamiento al rojo. La expansión del universo alarga las longitudes de onda de la luz haciendo que la luz de las estrellas distantes parezca más roja. Así que las estrellas que están a gran distancia parecerán un poco más frías que las cercanas. Esto también podría limitar la cantidad de luz que nos llega de las zonas más lejanas del universo.
Se han postulado ideas aún más absurdas como que la luz distante se bloquea debido al hollín de civilizaciones alienígenas, a agujas de hierro o a un extraño polvo gris. Pero cualquier luz absorbida será irradiada de nuevo en forma de calor y de este modo aparecerá en cualquier otra parte en el espectro. Los astrónomos han analizado la luz del cielo nocturno en todas las longitudes de onda, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma, y no han hallado indicios de que la luz estelar visible sea bloqueada.
Un universo promedio Por lo tanto, la simple observación de que el cielo nocturno es oscuro nos dice que el universo no es infinito. Ha existido tan sólo durante un tiempo limitado, su tamaño es restringido, y las estrellas que contiene no han existido siempre.
La cosmología moderna se basa en estas ideas. Las estrellas más antiguas que vemos tienen aproximadamente una antigüedad de 13.000 millones de años, por lo que sabemos que el universo se debió formar antes de esta época. La paradoja de Olbers sugiere que su edad no puede ser muy superior a ésta o tendríamos que ver muchas generaciones previas de estrellas, y no es así.
Las galaxias distantes de estrellas son efectivamente más rojas que las cercanas, debido al desplazamiento hacia el rojo, lo cual las hace más difíciles de observar con los telescopios ópticos y confirma que el universo se expande. Las galaxias más lejanas conocidas en la actualidad son tan rojas que se hacen invisibles y sólo pueden detectarse a longitudes de onda infrarrojas. Por lo tanto, todas estas pruebas respaldan la idea del big bang, es decir, que el universo se originó a partir de una explosión gigantesca hace unos 14.000 millones de años.
Cronología:
1610 d. C.: Kepler observa que el cielo es oscuro por la noche.
1832 d. C.: Olbers formula la paradoja que lleva su nombre.
1912 d. C.: Vesto Slipher mide el desplazamiento hacia el rojo de las galaxias.
La idea en síntesis: nuestro universo finito