El #SolsticioDeInvierno marca la noche más larga del año, el máximo de horas de oscuridad. Pero ¿sabíais que entender que la noche sea oscura revela claves cruciales sobre la estructura del universo? ¡Abrimos #hiloIFT sobre la paradoja de Olbers!
Nos hemos acostumbrado a saber que el universo se expande y tuvo un principio, pero hasta el s.XX se creía que el universo era infinito, eterno y uniformemente poblado de estrellas. Curiosamente, esto es totalmente incompatible con algo básico: Que la noche es oscura
La “paradoja de Olbers” o “paradoja del cielo oscuro” consiste en que en un universo infinito, eterno y uniformemente poblado de estrellas, la noche no sólo no es oscura, ¡sino que estaría infinitamente iluminada!
📷natozuski Devianart
La paradoja del cielo oscuro fue propuesta por T. Digges en el s. XVI, J. Kepler en el s. XVII y otros, pero se popularizó en la versión del médico y astrónomo Heinrich Wilhelm Matthias Olbers (1758-1840) de 1823 (refinada en 1826)
Un buen resumen de la paradoja de Olbers es que en un universo infinito, eterno y uniformemente poblado de estrellas, cualquier línea de visión termina siempre en alguna estrella. Es similar a que, en un bosque infinito, mires donde mires ¡siempre ves un árbol!
El argumento completo de Olbers en 6 tuits:
1️⃣. Imaginad que dividimos el universo en una serie de esferas concéntricas centradas en la Tierra, desde donde observamos el cielo nocturno. En un universo infinito, hay un número infinito de estas “capas de cebolla”.
2️⃣En cada instante recibimos luz de estrellas de todas las capas. Como la luz tarda en viajar, la luz que nos llega de capas alejadas se emitió antes que la luz que nos llega de las capas cercanas. Pero en la hipótesis de que el universo es eterno, hay infinito tiempo para ello…
3️⃣Parecería que no hay contradicción con que la noche sea oscura, porque las estrellas más alejadas se verán menos brillantes, la cantidad de luz que recibimos decrece con el cuadrado de su distancia. Así que llega un punto en vamos dejando de verlas ¿no?
4️⃣Pero por otro lado, ¡en las capas más alejadas hay más estrellas! En un universo uniformemente poblado, el número de estrellas en una capa crece como el área de la capa, es decir como el cuadrado de la distancia a las estrellas
📷Htkym @Wikipedia
5️⃣Al calcular cuánta luz recibimos de una sola capa, los factores del cuadrado de la distancia se cancelan. Así que TODAS las capas contribuyen la MISMA cantidad de luz, ¡independientemente de a qué distancia está la capa!
6️⃣En un universo infinito, habría infinitas capas, así que la luz que recibimos, en cualquier
instante, de día o de noche, en cualquier dirección que miremos ¡es infinita! La noche estaría infinitamente iluminada (y el día, ¡también!)
📷Kmarinas86 @Wikipedia
La paradoja se resuelve porque el universo no es eterno, sino que comenzó hace unos 13700 millones de años. Así que hay una “última capa”, la superficie desde la cual la luz ha tenido justo el tiempo suficiente para alcanzarnos en toda la edad del universo
📷Pablo Carlos Budassi
La última superficie desde la que en la práctica podemos recibir luz es el fondo de radiación de microondas (CMB), radiación emitida cuando el universo tenía 380000 años (antes, el universo era un plasma opaco para la luz, que por tanto no podemos recibir hoy día)
📷@ESA@Planck
Y si pensamos en estrellas, las primeras se formaron cuando el universo tenía unos 150-1000 millones de años. Anteriormente el universo estaba sumergido en las Edades Oscuras. Ya hablamos de ello en este hilo
Curiosamente, esta solución a la paradoja de Olbers ya fue parcialmente anticipada por el escritor Edgar Allan Poe en su ensayo “Eureka: Un poema en prosa” publicado en 1848.
Con el paso del tiempo, podremos acceder a la luz de nuevas estrellas. Entonces ¿veremos cada vez más luz y recuperaremos la paradoja de la noche oscura?
No, porque las estrellas no son eternas: evolucionan y cuando terminan su combustible, van muriendo y apagándose.
📷 @NSF
Por otro lado, la expansión del universo imprime más velocidad a las capas más alejadas, por lo que su luz sufre un mayor corrimiento al rojo, lo que disminuye la intensidad de la radiación que nos llega.
📷 ley de Hubble-Lemaître @NASAHubble
De hecho, cuando los fotones que conforman el fondo de radiación de microondas se emitieron desde la última capa, eran mucho más energéticos que como los observamos hoy en día (su temperatura es de unos míseros ~2.75K)
Para entender de forma precisa la expansión del universo y que tuvo un origen fue necesario el desarrollo de la Relatividad General de Einstein a principios del s. XX. ¡Es fascinante que la semilla de estas claves estuviera escondida en la solución de la paradoja de Olbers!
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