El cielo nocturno no debería ser oscuro: la paradoja de Olbers

El cielo nocturno es claramente oscuro. Los miles de puntitos que lo llenan no son capaces de competir en brillo con el Sol o con la luna. Pero en un universo infinito con infinitas estrellas debería ser al contrario: el cielo debería brillar como la superficie del Sol. ¿Qué pasa entonces?

 

Cuando observamos el cielo nocturno se nos presenta una paradoja: dado el inabarcable tamaño del universo y la inconcebible cantidad de estrellas que lo forman, ¿cómo puede ser que el cielo nocturno sea oscuro, en vez de brillante como una estrella? En un universo infinitamente grande poblado homogéneamente por infinitas estrellas, cualquier punto del cielo nocturno debería estar ocupado por una estrella, esté esta relativamente cerca, o al otro lado del cosmos. Y sin embargo lo que observamos es un cielo nocturno donde podemos observar varios miles de astros a simple vista y varios miles de millones con nuestros instrumentos más sensibles, pero sin lugar a duda no infinitos de ellos y no suficientes como para llenar la absoluta totalidad del firmamento con su luz.

Esto es lo que se conoce como la paradoja de Olbers, nombrada en honor al astrónomo alemán amateur Heinrich Wilhelm Olbers, que la describió en 1823. Aunque él no la describió así, ni fue el primero en hacerlo, nos plantearemos la paradoja en los siguientes términos. Imagina que dividimos todo el universo en esferas concéntricas con su origen en la Tierra y de, por ejemplo, un año luz de grosor. Una esfera cualquiera, situada a por ejemplo diez mil años luz de distancia contendrá cierta cantidad de estrellas. Si ahora tenemos en cuenta una esfera el doble de grande, situada a veinte mil años luz de la Tierra veremos que contendrá, si la distribución de estrellas en el universo es homogénea, unas cuatro veces más estrellas que la primera esfera.

Esta distribución homogénea querrá decir que, a grandes rasgos, todo el universo estará igual de lleno de estrellas. Las estrellas de menos de un sitio se compensarán con las de más de otro diferente, pero en general habrá igual cantidad de estrellas en cualquier trozo del universo que elijamos. Pues bien, esas 4 veces más estrellas de la segunda capa, por estar más lejos, brillarán unas 4 veces menos vistas desde la Tierra que las de la primera capa. En consecuencia, la luz que recibiremos de ellas será aproximadamente la misma que la que recibíamos de la primera capa. Esto significa que cada una de estas capas de un año luz de grosor aportará la misma cantidad de luz y habiendo infinitas de ellas, deberíamos recibir una cantidad infinita de luz o, como mínimo, suficiente para iluminar el cielo nocturno. Dado que el cielo nocturno no tiene ese aspecto y es oscuro, alguna de las premisas debe ser incorrecta.

Incluso aunque alguna nube de gas y polvo pudiera obstruir la visión a una porción del cielo, como ocurre por ejemplo en nuestra propia galaxia, en la dirección de la constelación de Sagitario, que las nubes de gas y polvo nos impiden ver el núcleo galáctico directamente, en un universo infinitamente grande lleno de infinitas estrellas este gas acabaría calentándose por la radiación y emitiendo tanta luz como cualquier estrella, devolviendo el brillo a esa región del firmamento.

Por tanto, ¿qué está mal? El tamaño del universo no lo conocemos, pues no podemos deducir nada sobre lo que queda más allá de lo más distante que somos capaces de ver. Pero aunque el universo fuera infinitamente grande y estuviera lleno de infinitas estrellas (no tenemos pruebas ni a favor ni en contra de esto) la realidad es que el universo observable no es infinito. Puesto que el universo tuvo un comienzo, y por tanto no tiene una edad infinita, y puesto que la velocidad de la luz tampoco es infinita, a pesar de tener un valor muy grande, sólo ha podido llegarnos la luz proveniente de una región finita del universo, la que conocemos como universo observable.

El hecho de que el universo no sea infinitamente antiguo nos dice, lógicamente, que tuvo un comienzo, que conocemos actualmente, gracias a otras evidencias complementarias, como el Big Bang. Sin embargo la teoría del Big Bang introduce nuevos problemas a la paradoja de Olbers. Puesto que el universo empezó en un estado infinitamente denso, caliente y pequeño y después se fue expandiendo y enfriando, hubo una época en que todo el universo estaba tan caliente como la superficie de una estrella y emitía tanta luz como esta. Deberíamos observar esa misma luz llegarnos de las regiones más distantes del universo y el cielo no debería ser oscuro, aún viviendo en un universo finito y en el que no observamos infinitas estrellas. Esta luz es el conocido como fondo cósmico de microondas. El único motivo por el que no resulta en un firmamento brillante es porque la expansión del universo desde que se emitió aquella primera luz ha llevado a su longitud de onda a expandirse también, reduciendo su energía hasta sacarla de la parte visible del espectro electromagnético.

Por tanto el cielo nocturno sí es uniformemente brillante y no está oscuro, si lo miramos en la longitud de onda correcta.

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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