¿Por qué el cielo nocturno es oscuro?

Si un niño de cuatro a siete años (con su tenacidad) les hiciese la pregunta anterior, ¿cómo le contestarían? Podríamos explicarle la rotación de la Tierra y decirle que, cuando es de noche en nuestro hemisferio, es de día en el opuesto, y que la ausencia del Sol provoca la oscuridad del cielo nocturno. ¿Y las estrellas? Es un hecho evidente que la luz que recibimos del cielo nocturno es muy débil. Sin embargo, una pregunta como la anterior se la planteó el astrónomo alemán Heinrich Olbers, dando lugar a la paradoja que hoy se conoce con su nombre.

Olbers partió de la idea de que el universo presenta siempre el mismo aspecto, se lo mire como se lo mire (salvo ciertas irregularidades locales, como nuestro planeta y el sistema solar), y fuese cual fuese el momento de observación del cielo. Suponer lo contrario podría significar asignar a la Tierra un lugar especial en el espacio, y eso contradiría el principio de Copérnico, según el cual la Tierra no es el centro del universo. Asimismo, supuso que las estrellas no se movían en grandes grupos ni seguían una dirección determinada, de forma que sus movimientos se compensarían y el resultado global sería nulo, es decir, un universo estacionario.

Todo lo anterior le llevó a una curiosísima contradicción. Si aceptamos esas hipótesis, al mirar hacia el cielo nocturno, suponiendo que la distribución de las estrellas fuese homogénea y que el universo fuese infinito, tarde o temprano nuestra mirada se encontraría con la superficie de una estrella, ya que la luz habría tenido todo el tiempo del mundo para llegar hasta nosotros. Pero, naturalmente, si al mirar al cielo nocturno encontrásemos siempre una estrella, mirásemos donde mirásemos, ¡el cielo nocturno estaría repleto de luz y no habría sitio para la oscuridad! Naturalmente, esto nos lleva a una contradicción, como pueden ustedes comprobar por sí mismos.

¿Dónde está el error? Porque naturalmente tiene que haber un error. El rigor del razonamiento es intachable, así que debe estar en alguna de las suposiciones que hemos hecho. Olbers trató de explicar la paradoja diciendo que en el universo había grandes regiones de gas interestelar oscuro que taparían la luz. Pero eso lo único que hace es retrasar el problema, ya que, con el tiempo, la luz de las estrellas iría calentando el gas, que acabaría por emitir radiación y, además de la luz de las estrellas, nos llegaría la del gas caliente (es un hecho que cuando un cuerpo recibe luz puede calentarse. Pueden dejar un paño negro al sol y tocarlo). Analicemos punto por punto todas las hipótesis que sirven de base a la paradoja.

La primera de ellas es suponer que la distribución de las estrellas es siempre la misma, miremos donde miremos. Si no fuese así, ya no tendríamos por qué encontrar una estrella en cualquier dirección. Puede suceder que ocupemos un lugar especial en el universo, después de todo. Pero debemos recordar el principio anterior. La Tierra no ocupa un sitio especial en el cosmos, ni nuestro sistema solar, ni nuestra galaxia. Sería una coincidencia extraordinaria que fuese así. Lo anterior es lo que se conoce como principio cosmológico, que es una extensión del principio de Copérnico.

La segunda hipótesis era la del tiempo, es decir, que el universo ha existido siempre en unas condiciones semejantes a las actuales. Si no fuese así, la paradoja podría resolverse, pues la luz de las estrellas lejanas todavía no habría tenido tiempo de llegar hasta nosotros. El principio cosmológico no exige que el universo haya sido siempre igual, de modo que esta posibilidad no contradice necesariamente la idea de que no ocupamos un lugar especial en el cosmos.

Supongamos entonces que las estrellas se mueven en grandes grupos con una dirección determinada. Aquí podemos encontrar parte de la solución a la paradoja. Si, por ejemplo, todas las estrellas se alejasen de nosotros, la luz que emitiesen se vería afectada por ese movimiento, de la misma forma que el tono de la sirena de una ambulancia parece agudizarse cuando se acerca a nosotros y, al alejarse, se vuelve más grave. La luz presenta propiedades ondulatorias y le sucedería algo semejante, es decir, su frecuencia disminuiría conforme la fuente de luz se alejase de nosotros. Se volvería cada vez más roja y, si el desplazamiento fuese suficientemente grande, finalmente no la veríamos, ya que pasaría al infrarrojo. De hecho, en los años veinte del siglo XX se descubrió el corrimiento hacia el rojo de la luz de numerosas galaxias y Edwin Hubble estableció que, cuanto más alejada está una galaxia, mayor es, en general, su velocidad aparente de alejamiento.

¿Y por qué las galaxias tendrían que alejarse de nosotros? ¿Somos víctimas de algún racismo cósmico, de manera que somos rechazados por todos los demás cuerpos celestes? Desde luego que no es así, ya que la Tierra ni su entorno ocupan un lugar especial en el universo, ni positivo ni negativo. Si el espacio se expandiese, naturalmente muchas galaxias parecerían alejarse de nosotros, pero lo mismo observaría cualquier observador que estuviese en otra galaxia. Hemos llegado a la conclusión de que el universo estaría en expansión.

Si el universo ahora está en expansión, lógico es suponer que, en un pasado muy remoto, la materia y la energía se encontraban en un estado mucho más denso y caliente. Esto nos lleva a la teoría de un universo que tuvo una fase inicial extremadamente densa, aunque no podamos afirmar, con las leyes físicas actuales, cómo fue su origen último. También se propuso que el universo siempre estuvo expandiéndose en el pasado y continuaría expandiéndose durante el futuro, manteniendo el mismo aspecto general en todas las épocas (lo que se conoce como el principio cosmológico perfecto). Para evitar entonces el enrarecimiento de la materia, los defensores de este modelo tuvieron que suponer que la materia se creaba continuamente. Esta teoría del estado estacionario fue finalmente abandonada ante las evidencias observacionales favorables al modelo del Big Bang. En este último, la extrapolación de las ecuaciones clásicas hacia el pasado conduce a una singularidad, situación en la que las leyes físicas actualmente conocidas dejan de proporcionar una descripción adecuada.

Volviendo a las hipótesis de la paradoja de Olbers, una de ellas (implícita en el razonamiento) es que la geometría del espacio es la misma que la que estudiamos en la escuela, que el espacio es euclídeo. Si el espacio no fuera euclídeo, si por ejemplo se curvara sobre sí mismo (posibilidad aceptada por algunas geometrías), tampoco encontraríamos necesariamente una solución a la paradoja, ya que la curvatura por sí sola no explica la oscuridad del cielo nocturno. En determinadas geometrías, la luz podría incluso seguir trayectorias cerradas y volver al lugar de donde partió. Equivaldría, en cierto modo, a suponer que podríamos ver nuestra nuca sin necesidad de un espejo. De nuevo, lo único que hacemos es trasladar el problema a otras condiciones geométricas.

Otra de las hipótesis es suponer que las leyes de la física que podemos medir y comprobar en nuestros laboratorios terrestres son comunes para todo el universo. Puede que no fuese así, después de todo. Pero esto nos llevaría a una serie de razonamientos difíciles de contrastar. De nuevo se impone la idea de que no ocupamos un lugar privilegiado, y las observaciones disponibles indican que las leyes que gobiernan nuestro mundo cotidiano también son aplicables al resto del universo.

Lo más interesante de la paradoja de Olbers surge al considerar que simplemente basta con mirar al cielo y preguntarse: ¿por qué es así? En ningún momento ha hecho falta tomar mediciones muy complicadas ni manejar ningún telescopio. Muchas de las cosas que están a nuestro alrededor contienen en sí mismas una respuesta que podemos hallar con cierta facilidad, simplemente parándonos a pensar y no dando por supuesto nada de lo que nos han dicho. La paradoja de Olbers es un ejemplo de razonamiento deductivo, y ya han visto el poder de deducción que puede tener. Atrevámonos a pensar sin prejuicios.

Fco. Javier Ruiz