¿Por qué el cielo nocturno es oscuro?
Si en el universo hay incontables estrellas y cada una produce luz, ¿por qué el cielo nocturno no es totalmente brillante? Respondamos a la ‘Paradoja de Olbers’.
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En 1823, el astrónomo alemán Heinrich Wilhelm Olbers planteó una pregunta que sería el dolor de cabeza de científicos durante décadas. Si el universo es infinito, entonces ¿por qué el cielo nocturno no está iluminado? La cuestión es conocida hasta el día de hoy como la ‘Paradoja de Olbers’. Aunque de paradoja ya no tiene mucho.
Veamos primero las bases de la pregunta. Una estrella es como una lámpara gigante que emite luz hacia todos lados. Nuestro Sol es una de ellas. En un punto de la Tierra es de noche si no está de cara al Sol. En ese momento no vemos la luz de nuestra estrella porque el cuerpo de la tierra la oculta. Pero si existen millones y millones de estrellas y cada una de ellas es como una lámpara, entonces, ¿por qué no llenan con su luz el cielo nocturno? Más aún: si el universo es infinito, entonces debería ocurrir que, señalemos donde señalemos, estemos apuntando a una estrella. ¿Dónde está su luz?
Paradoja de Olbers KMARINAS86 / CC BY-SA 3.0
La ‘Paradoja de Olbers’ daba problemas porque, en su planteamiento, asumía algunos presupuestos que no son exactamente verdaderos. El primero es la infinitud del universo. Al día de hoy, no tenemos evidencia clara de que el universo sea espacialmente finito. A decir verdad, la evidencia que tenemos (aunque no es suficiente para asegurar nada) apunta a que es infinito. Pero las coordenadas espaciales no son las únicas dimensiones de la realidad. Está, además, el tiempo y, precisamente en lo que a él toca, sí que sabemos que el universo es limitado, al menos hacia el pasado. En otras palabras, no ha existido desde siempre. Durante los primeros instantes transcurridos tras el Big Bang, el universo era tan denso que ni siquiera lo fotones (las partículas de luz) podían propagarse y, por lo tanto, era oscuro. La primera luz tuvo condiciones para moverse por el espacio hace unos 13,700 millones de años (tenemos una excelente foto de eso: la del fondo cósmico de microondas). La luz tiene una velocidad finita de casi 300,000 kilómetros por segundo. Es muy rápida, sí, pero no instantánea. Cuando un objeto emite luz, no ilumina su entorno de inmediato. La luz del Sol, por ejemplo, tarda unos 8 minutos en llegar a la Tierra. Así, aunque el universo sea muy poblado y espacialmente infinito, existen muchísimas estrellas cuya luz no ha tenido tiempo de llegar a nosotros desde el origen mismo.
Ahora bien, hay muchas estrellas que se encuentran en el rango espacial suficiente para iluminarnos (o que alguna vez estuvieron en ese rango) cuya luz, sin embargo, no podemos ver. Esto se debe al fenómeno conocido como corrimiento al rojo. Toda radiación electromagnética, incluida la luz, se mueve en ondas. Pensemos en las ondas que surgen en un lago cuando arrojamos una piedra: tienen repeticiones periódicas. Las distancia que hay entre dos crestas se llama longitud de onda. Si en su camino la longitud de onda de la luz que emite un objeto cambia para volverse más amplia (si hay más distancia entre crestas), decimos que hay corrimiento al rojo. Si el corrimiento al rojo es suficiente, entonces la onda entra al espectro infrarrojo y se vuelve invisible. Es que la luz debe estar dentro de cierto rango de longitud de onda para ser percibida (para el caso de los humanos, la longitud entre crestas de onda de luz debe estar entre los 380 y 750 nanómetros). Si la luz que llena un cierto espacio está en el espectro infrarrojo, entonces ese espacio luce, para nosotros, oscuro.
Si hay luz de estrellas que se han corrido tanto al rojo que no las vemos, esto abre una pregunta: ¿por qué, en primer lugar, ocurrió tal corrimiento?, o sea, ¿por qué se amplió el espacio entre las crestas de las ondas de esa luz en su camino hacia nosotros? La longitud de onda puede variar por afectaciones en el medio de dispersión. La luz no se mueve igual de rápido en cualquier medio. Su velocidad en el vacío es la más alta posible; por otro lado, en el agua se ralentiza. En cualquier caso, el espacio está, en lo general, vacío. ¿Entonces qué pasa? La amplitud de onda de la luz que se mueve en el espacio puede crecer también si el espacio mismo se expande (como cuando se estira un globo que tiene un dibujo). Eso es lo que ocurre.
Como sabemos desde hace tiempo, el universo se está expandiendo o, más exactamente, lo que se expande es el espacio que ocupa el universo. Esto es lo que causa el corrimiento al rojo de la luz que se mueve en él, tanto más efectivo cuanto más lejana sea su fuente. De hecho, la expansión del espacio es extraordinariamente veloz y supera la velocidad de la luz. Esto no rompe ninguna ley física: si bien, nada puede moverse en el espacio más rápido que la luz, esta regla no limita la velocidad a la que se puede expandir el espacio mismo.
Aun suponiendo que el universo sea espacial y materialmente infinito, hay limitantes que definitivamente impiden que el cielo nocturno sea brillante: la velocidad de la luz, la variación en su longitud de onda y la expansión del espacio.
Por si te lo preguntabas, dicho sea de paso, cuando es de día, el cielo es azul (o rojo al amanecer y atardecer) por la difracción que causan los gases de la atmósfera en combinación con el ángulo del Sol respecto a nuestra localización. Si la Tierra no tuviera atmósfera, veríamos el Sol brillar en un cielo oscuro.
