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La Paradoja de Olbers

La paradoja de Olbers es la contradicción aparente que existe entre que el cielo nocturno sea negro y que el Universo sea infinito. Si lo es, cada línea de visión desde la Tierra debería terminar en una estrella. Por tanto, el cielo debería ser completamente brillante.

Pero los astrónomos saben que durante la noche el cielo que hay entre las estrellas es negro. Una paradoja ocurre cuando se llega a dos resultados opuestos utilizando dos métodos de razonamiento en apariencia válidos. La paradoja de Olbers recibe el nombre del físico y astrónomo alemán Wilhelm Olbers, que escribió sobre la paradoja en la década de 1820.

La paradoja existente entre una noche oscura y un universo infinito se conocía antes de que fuera discutida por Olbers. A principios del siglo XVII, el astrónomo alemán Johannes Kepler utilizó la paradoja para respaldar la idea de que el Universo es infinito. En 1715, el astrónomo británico Edmund Halley identificó en el cielo algunas zonas brillantes y propuso que el cielo no brilla uniformemente durante la noche porque, aunque el Universo es infinito, las estrellas no están distribuidas de manera uniforme.

El astrónomo suizo Jean-Philippe Loys de Chéseaux comenzó a estudiar la paradoja basándose en el trabajo de Halley. Al final de un libro que trataba del brillante cometa que estudió en 1743, Chéseaux discutió la paradoja de forma explícita. Sugirió que o bien la esfera de las estrellas no era infinita o bien la intensidad de la luz disminuía rápidamente con la distancia, quizás debido a cierto material absorbente presente en el espacio.

En 1823 Olbers planteó la solución de que el cielo era oscuro de noche porque algo en el espacio bloqueaba la mayor parte de la luz estelar que debía llegar a la Tierra. Los científicos actuales se han dado cuenta de que la solución de Olbers no funcionaría, ya que la materia en el espacio que bloqueara la luz se calentaría con el tiempo y, finalmente, radiaría con tanto brillo como las estrellas. Las traducciones de los artículos de Olbers al inglés y al francés hicieron que su trabajo fuera bastante conocido. Durante los cien años siguientes la paradoja no fue discutida.

En 1948, el astrónomo británico Hermann Bondi se refirió a la paradoja de Olbers como una parte de la teoría del estado estacionario. La solución de Bondi era que la expansión del Universo provocaba que la luz percibida desde la lejanía fuera rojiza y, por tanto, con menor energía en cada fotón o partícula de luz. Esta solución es igualmente válida para la teoría del Big Bang.

En la década de 1960, el astrónomo estadounidense Edward Harrison llegó al entendimiento y solución actuales de la paradoja de Olbers. Harrison mostró que el cielo es oscuro de noche porque nosotros no vemos las estrellas que están infinitamente lejos. La solución de Harrison depende de que el Universo tenga una edad infinita. Dado que la luz tarda cierto tiempo en alcanzar la Tierra, mirar lejos en el espacio es como mirar en el pasado. Cada línea de visión desde la Tierra no termina en una estrella porque la luz de las estrellas más lejanas que se necesitan para crear la paradoja de Olbers todavía no ha alcanzado la Tierra.

Durante el tiempo de existencia del Universo, las estrellas no han emitido energía suficiente para hacer que el cielo nocturno brille. El efecto del desplazamiento hacia el rojo, por el que la energía de las estrellas más lejanas disminuye, es un efecto menor en este modelo.
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ASTRONOMIA

[illu]

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Olber paradox

Nuestro Universo, no solo es oscuro y vacio, sino que es frio
esta es otra manera de decir que el universo es oscuro, objetos
calientes como nuestro sol irradian energia en forma de luz y
calor. El calor siempre se mueve de los objetos mas calientes
a los mas frios (segunda ley de la termodinamica) por lo que
en un cierto periodo de tiempo, las diferencias de temperaturas
tienden a igualarse. Desde este punto de vista, observamos que
el oscuro y frio universo tiene unos puntos muy brillantes y
calientes (las extrellas) pero esta observacion nos dice que
el universo se encuentra en un estado bastante inusual, que
no puede durar por siempre o al menos por mucho tiempo en la
escala cosmica acorde a las basicas leyes de la fisica. La
gran oscuridad de los cielos norturnos es un gran acertijo
(puzzle) que necesita explicacion y la solucion del acertijo
es algo que nos puede decir cosas muy fundamentales acerca
de nuestro universo.

El acertijo es a menudo referido como la llamada paradoja de
Olber, un nombre muy popularizado en el 1950 por el cosmologo
Herman Bondi en honor de Heirich Olber, el astronomo aleman
(1758-1840) quien escribio un articulo discutiendo el acertijo
en 1823. Pero Olber no fue la primera persona que propuso el
acertijo, ocurrio exactamente lo mismo que con Mach que tampoco
fue la primera persona en discutir el pricipio de Mach. Es mas
para los que gustan de mayores detalles en esta materia, la
paradoja no es ni siquiera una paradoja sino como he dicho es
un acertijo (puzzle).

Entonces que es la llamada paradoja de Olber?

El puzzle descanza sobre las siguientes asunciones

1-Que el universo es infinitamente grande

2-Que esta lleno de extrellas

3-Que es eterno y sin cambios
....


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Las raices del acertijo

La primera asuncion basica de que el universo es infinito
en extension, es un concepto relativamente reciente. Los
antiguos estaban muy felices con la idea de una tierra plana
que descanzaba sobre la espalda de un tortuga gigante
y nunca contemplaron la posibilidad de un universo infinito
mas reciente, lo mas acertado era que la tierra estaba rodeada
de una serie de esferas celestiales que transportaban cada
planeta y las extrellas estaban fijas al domo de cristal
mas lejano, como pequeñas luces, en el domo de alguna inmensa
pero finita catedral. Fue el escritor ingles Thomas Diggs
que el año 1574 quien tomo esta ptolemenica idea y disperso la
sola esfera de cristal de extrellas fijas en un infinito espacio
sin fin. De hecho, Diggs recibio el reconocimiento por introducir
el termino infinito al moderno cuadro del universo. Sin embargo
para ser justos y correctos, el griego Democrito tambien
habia considerado el termino. Diggs ademas fue el que recibio el
reconocimiento de la necesidad de explicar porque en un universo
infinito, los cielos continuan siendos tan oscuros en las noches.
Como Harrison (*)dijo, Diggs creia que los cielos eran oscuros
porque las distantes extrellas eran muy tenues para ser vistas
y esta era una aceptable explicacion para ser de finales del
siglo 16
Segun las investigaciones de Harrison fue J Kepler en el año
1610, la primera persona en darse cuenta que la oscuridad de
las noches se encuentra en conflicto con la idea de un infinito
universo lleno de brillante extrellas. La paradoja bien podia
haberse llamado la paradoja de kepler, pero Kepler nunca lo
propuso en esos terminos, porque el consideraba que el universo
debia tener bordes (edge) y ademas considero la oscuridad de las
noches como la simple confirmacion que el universo es finito en
extension. En efecto Kepler dijo que cuando nosotros
observamos los espacios de las extrellas, lo que vemos es la
oscura pared que rodea al universo.
En el 1721 Edmond Halley retomo el puzzle y reevaluo la idea
de que las extrellas mas distantes no podian ser vistas porque la
luz que emitian se desvanecian y esto establecio las dudas para
que el hombre quien fuera el primero en extablecer el puzzle
apareciera. Se trataba de Jean Philipe Loys De Cheseaux.

Quien fue De Cheseaux ?

De Cheseaux fue un astronomo suizo, niño prodigio que fuera
educado por su abuelo y por si mismo, fue responsable a la
edad de 18 años de la construccion del primer observatorio en
Suiza. El fue muy popular a los comienzos del 1740 con su
descubrimiento de dos cometas y escribio un libro de estas
observaciones, fue precisamente en un apendice de ese libro
donde el expuso su version del puzzle, pero no se guio por
los argumentos de otras fuente, sino que calculo la distancias
de las extrellas como mejor pudo comparando su brillantes
con la del sol y la de los planetas y calculo cuan lejos
puede estar cualquier extrella de nosotros. Paso a paso
el se movio a la conclusion de que si el espacio entre las
extrellas es el mismo el que existe entre las extrellas
mas cercanas y nosotros, entonces en una esfera tan larga
como 10^15 anos luz (terminos modernos) deberia haber una
extrella visible en cada direccion que observaramos al espacio
dado que esto no ocurre, entonces o las extrellas no estan
distribuidas uniformente a traves del espacio infinito o existe
algo que nos impide ver la luz, que proviene de las distantes
extrellas.
A diferencia de Halley y Diggs, De Cheseaux se percato que la
geometria de la situacion asegura que el desvanecimiento de las
distantes extrellas es exactamente cancelada por la gran cantidad
de estas por lo que no podemos simplemente decir que las
distantes extrellas son muy debiles para poder verse. De Cheseaux
sugerio de que el espacio vacio debia absorver la luz proveniente
de las extrellas, por lo que la luz se hacia mas debil y debil
a medida que se movia a traves del espacio, y esta fue la idea
que fue tomada por por Heinrich Olber in 1823 en sus discusiones
del puzzle.
Olber publico su discucion a la edad de 64 años y el considero
que la solucion al puzzle podia encontrarse en la forma de materia
fria entre los espacios de las extrellas, nubes de esta materia
(gas y polvo) absorven la radiacion que provienen de las infinitas
extrellas bloqueando su luz y absorviendo su calor. El argumento
tiene su sentido tan lejos como vayamos, pero se detiene cuando
nos preguntamos. Que pasa con toda esa energia? Este proceso haria
mas calientes a esas nubes y por supuesto estas se haria tan
caliente que algun momento comenzarian a irradiarla. En un universo
infinito y sin cambios, ya habria tiempo suficiente para que las nubes
extablescan un perpetuo estado de equilibrio, donde la radiacion
que se absorve y la que se emite quede balanceada, por lo que
las noches no serian tan oscuras. Olber simplemente nunca tuvo
idea de las implicaciones de asumir la existencia de un universo
sin cambios, esa asuncion estaba tan engranada en su condicio-
namiento cultural, que probablemente no se le ocurrio preguntarse
pero tan rapido esas implicaciones son detalladas, se comienza
a ver que esas asunciones deben ser descartadas para eliminar
lo absurdo de la llamada paradoja de Olber.

pag 113
Resolviendo el Puzzle

Nuestros telescopios actuales incluyendo al Hubble nos enseña
de que el universo en que vivimos es tan inmenso, que puede ser
tratado como infinito para los propositos del puzzle. Tambien
enseña una remarcable uniformidad de las galaxias y los cluster
de galaxias dispersa a traves de todo el universo, en todas las
direcciones en la que podemos ver. El telescopio hubble tambien
nos muestra que el universo no es constante. El universo se esta
expandiendo, con las galaxias alejandose unas de otras con el
pasar del tiempo. La luz que proviene de las galaxias distantes
esta corrida hacia el rojo, que es una onda mas amplia y con menos
energia. Puede este corrimiento explicar donde la energia de
estas distantes estrellas y galaxias ha ido y porque el cielo
es oscuro por la noche?

Puede ser, pero esta es solo parte de la respuesta. La otra
parte corresponde a un cambio mas abrupto, algo que los filosofos
de siglos anteriores tenian mejores condiciones de aceptar
que nosotros en alguna manera. Suponga que el universo tenga
un comienzo, ese seria un borde, un limite para el universo
no en el espacio, pero si en el tiempo. Dado que la luz
viaja a una velocidad finita, cuando miramos a las distantes
extrellas y galaxias, nosotros las vemos como fueron hace
mucho tiempo, la luz que proviene de una extrella a 5 años
luz de nosotros, le tomo 5 años terrestes en llegar a
nosotros. Del mismo modo, la luz de una galxia a 50,000
años luz de nosotros, le toma 50,000 años terrestres en
llegar a nosotros.
De hecho, la paradoja es solo un puzzle que nos dice
que debe haber tantas estrellas y galaxias en el universo
por suficiente tiempo y con suficiente luz, para alcanzarnos
y para hacer de las noches perpetuos dias, pero si hubo un
momento de la creacion y este llego a ocurrir recientemente
entonces no hay paradoja y he aqui el posible meollo del del
asunto.
Existen dos supuestas soluciones a la paradoja de olber. La
primera es que la energia de la luz que proviene de la distantes
galaxias esta tan debilitada por su expansion, que no
pueda iluminar la noches. La segunda, es que el universo
fue una creacion reciente y no ha tenido tiempo de extablecer
un equilibrio termodinamico. No habido tiempo suficiente
para que la radiacion proveniente de todas las galaxias
pudiera calentar los espacios entre estas. El debate que
comenzo hace 400 años, aun no ha terminado y continuan las
discusiones acerca de cual de las soluciones es la mas correcta
o si se pueden encontrar otras soluciones.

Una linea de ataque fue expresada fuertemente por Herman
Bondi, el hombre responsable por revivir el interes en la
paradoja de olber en el 1950. En esos dias Bondi fue co-fundador
de la teoria del universo estatico (steady state) esta
teoria dice que aunque el universo esta en expansion y los
cluster de galaxias se alejan unas de las otras, el universo
se mantiene constante, porque nueva materia puede ser creada
a partir de la nada, llenando esos espacios por medio de la
creacion de nuevas galaxia a medida que las existentes se
expansionan. La teoria gano muchos seguidores en 1950, pero
perdio mucho terreno cuando en 1960 aparecio nueva evidencia
de que existio un momento de creacion, de que el universo
nacio de un Big bang hace 15 millones de años. De hecho en
un universo estatico, tanto infinito en tiempo como en espacio
la paradoja de olber es realmente un problema y la unica solucion
al problema, es que la energias de la extrellas es disipada
por el corrimiento al rojo.
Actualmente Bondi prefiere discutir el puzzle en terminos
del equilibrio termodinamico. La temperatura de la superficie
de una extrella es de creca de 5,000 k pero la temperatura
del espacio interestelar es de solo unos pocos k,algunos
grados sobre el cero absoluto de temperatura que es de
-273 grados c. Una extrella o galaxia no puede existir
por siempre, su luz y calor proviene de las reacciones
termonucleares que convierten al hidrogeno en elementos
mas pesados. Existe un limite de cuanta energia es
disponible y la vida de una extrella es solo de unos miles
de millones de años, simplemente no hay suficiente energia
disponible para calentar todo el universo, al punto donde
las noches puedan ser claras.
Ciertamente la trama ha sido expuesta de la otra manera
Las extrellas estan inexorablemente quemando todo su
combustible y cuando el equilibrio termico sea alcanzado
este no seria a una temperatura de 5000k, pero si
a una temperatura de algunos grados sobre el cero
absoluto. El puzzle ha sido ahora puesta de cabezas
pues ya no solo se trata de porque los espacios entre la extrellas
son tan oscuros, sino porque hay estrellas, y la respuesta
una vez mas es que el universo ha sido creado de un estado
muy diferente del estado de equilibrio termodinamico
y esto ocurrio muy recientemente, unos 15000 millones
de años.
Fue una sorpresa que Issac Newton y sus contemporaneos no
encontraron una explicacion al puzzle. La finitud de la
velocidad de la luz habia sido determinada por Ole Roemer
en 1676 a partir de sus estudios de la lunas de jupiter
y esto era bien conocido por Newton, quien lo menciono
en su libro de opticks publicado en el 1704. Cuando
Halley presento sus dos trabajos del puzzle a la royal
society en 1721 Newton estaba en la silla. Ni Newton ni
ningun otro por mas de dos siglos se percata que el puzzle
pudo ser resuelto, asumiendo que las extrellas solo existen
recientemente. Tambien fue muy intrigante el hecho, que ninguno
refuto cientificamente, la enseñanza de la iglesia de su
epoca de que la creacion habia ocurrido 4200 años de cristo,
solo habia que refutar que dado que la luz era finita, la luz que
venia desde la mas distantes extrellas tenian que
haber recorrido miles de años antes de llegar a nosotros
por lo que la creacion si era reciente no podia ser tan reciente
como decia las ensenanzas de la iglesia.

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