Si el universo se supone infinito, sin principio ni final y conteniendo un número
infinito de estrellas luminosas uniformemente distribuidas, entonces el número de estrellas
a una distancia R debería ser proporcional a la superficie de una esfera de ese radio, es decir,
S=4πR2.
Como la intensidad de la luz sigue la ley de la inversa del cuadrado del radio, entonces la luminosidad aportada por sucesivas capas de estrellas debería ser independiente del radio R de la capa, ya que el área aparente de una estrella disminuye con el cuadrado de la distancia y el número de estrellas esperado aumenta con el cuadrado de la distancia. Así, cada punto en el cielo debería ser tan brillante como la superficie de una estrella. En otras palabras, cada línea visual partiendo de la tierra debería acabar en la superficie de una estrella. Como el cielo contiene regiones negras sin brillo, se sigue que alguna de las hipótesis es incorrecta (ya que el argumento general de Heinrich Olbers se considera correcto).
E. Olbers se sorprendió al descubrir que su cálculo implicaba que la temperatura en nuestro planeta debería ser de 5000 grados Celsius; debería recibirse luz equivalente a 50 000 veces la del Sol en el cenit y todo estaría fundido como en un volcán.(1) . Sin embargo la temperatura del espacio interestelar esta cercana al cero absoluto (2.72 oK ,grados Kelvin)
Debe aclararse que, para que las estrellas parezcan «uniformemente distribuidas» en el espacio, deben estar también uniformemente distribuidas en el tiempo, porque cuanto más lejos se mira, más antiguo es lo que se observa. A una escala infinita, significa que el universo debe tener una edad infinita sin cambios radicales en la naturaleza de las estrellas durante ese tiempo.
Un modo de explicarlo es que el universo no sea transparente, y que la luz de estrellas distantes sea bloqueada por objetos oscuros intermedias o absorbida por polvo o gas, de modo que solo la luz proveniente de una distancia finita pueda llegar al observador. A pesar de ello, esta explicación no resuelve la paradoja, ya que la energía debe conservarse, de manera que la materia intermedia se calentaría y liberaría la energía (posiblemente en otra longitud de onda). Esto daría como resultado, otra vez, la recepción uniforme de radiación desde todas las direcciones, lo que no se observa. Existen diversas maneras de resolver esta paradoja, es decir, existen varias explicaciones de cómo en un universo infinito, con una distribución isótropa y estadísticamente homogénea de estrellas, el cielo puede llegar a presentar regiones esprovistas de luz.
Solución de los cuerpos opacos: si estos objetos opacos absorben energía, tendrían que estar calentándose continuamente, y por lo que sabemos todas las formas de materias conocidas al calentarse empiezan a reemitir energía electromagnética, por lo que esta solución no resuelve realmente la paradoja.
Teoría del cansancio de la luz: es una teoría propuesta por Albert Einstein para reconciliar su teoría del universo estático con la observación de la expansión del universo. Se denomina proceso Breit-Wheeler o producción de pares Breit-Wheeler (2) a la emisión de pares positrón-electrón a partir de un fotón-sonda que se propaga en un campo electromagnético polarizado por un pulso corto (por ejemplo, un laser).Este proceso sería el mecanismo más simple por el cual puede transformarse una luz pura en materia. El proceso puede tomar la forma de ΥΥ’→e+e- y al contrario por lo que se pierde energia en cada transformación.(3)
Dentro de la teoría general de la relatividad existen dos hechos que resuelven la paradoja de Olbers: Si el universo lleva existiendo una cantidad finita de tiempo (como sugiere la teoría del Big Bang), entonces solo la luz de una cantidad finita de estrellas ha tenido tiempo de llegar a nosotros, por lo que la paradoja desaparece. Además como la luz tiene una velocidad finita y el universo unos 13 800 millones de años, solo vemos estrellas situadas a menos de esos 13 800 millones de años luz, lo cual constituye una región finita del universo.
Solución basada en la dinámica estelar: Incluso sin la teoría del Big Bang puede establecerse que la edad del universo es finita a través de una evaluación matemática de la cantidad de hidrógeno existente. Si se supone que la cantidad de masa en las estrellas, dividida por la cantidad total de masa en el Universo es distinto de cero, tras un cierto período alguna estrella habrá convertido demasiado hidrógeno en helio (o un elemento más pesado) para continuar su fusión nuclear. De ahí se sigue que la cantidad de hidrógeno transformada en helio por unidad de tiempo en una estrella cualquiera, dividida por la masa de la estrella, es distinto de cero. Pero no se conoce ningún proceso que pueda convertir elementos más pesados en hidrógeno en la cantidad suficiente, por ello, el tiempo necesario para que las estrellas conviertan todo el hidrógeno del universo en helio es finito, y no revertirá a su estado inicial. Después, solo estrellas capaces de consumir elementos más pesados seguirán existiendo (y se consumirán cuando alcancen el hierro, algo conocido como la muerte térmica).
Esto todavía no ha sucedido, así que, o el universo tiene una edad finita, ha sufrido grandes cambios
a lo largo de su historia, o bien existe un proceso desconocido que produce hidrógeno para mantenerlo funcionando. Este proceso podrían ser los agujeros negros que expulsan protones o hidrogeno atómico a través de los jets que emanan de forma perpendicular a ellos y a veces son mucho mayores que las galaxias que los albergan.(4)
Benoit Mandelbrot, propuso un modo distinto de resolver el problema de Olbers, que no depende de la teoría del Big Bang. Mandelbrot probó que la luminosidad puede ser finita y existir zonas oscuras en el cielo si se asume que la distribución de galaxias tiene una estructura fractal, siempre que a gran escala la dimensión fractal sea inferior a 3. Según la propuesta de Mandelbrot, las estrellas en el universo no están uniformemente distribuidas, sino que tienen una distribución fractal , del tipo que muestra un polvo de Cantor y esto explicaría las amplias áreas oscuras. (El conjunto de Cantor, llamado así por ser aporte de Georg Cantor en 1883, es un destacado subconjunto fractal del intervalo real [0, 1])(5). En este tipo de hipótesis se supone que el conjunto fractal formado por todas las estrellas puede ser estadísticamente isótropo y homogéneo. La hipótesis de Mandelbrot ha sido considerada por diversos estudios que han cuantificado la distribución de las galaxias. En recientes experiencias con satélites se ha corroborado que la radiación cósmica de microondas de fondo (CMB) es isótropa hasta 1 parte en 100.000. Y las estimaciones sugieren que el universo es más bien un objeto multifractal, cuya dimensión de Hausdorff-Besicovitch sería DH ~ 2,1±0,1 y cuya dimensión de correlación D2 ~ 1,3±0,1. (6). Aquí entramos en una suposición: ¿tiene estructura el espacio o vacío? En el entrelazamiento cuántico vemos el principio de no localidad es decir que no existe separación entre los cuantos aunque estén a años luz de distancia. Esta ausencia de espacio o espacio sin barreras a la velocidad de la luz podría permitir la trasferencia casi instantánea de información u otro tipo de interacción. En un Universo cuantizado podrían existir canales libres para dichos cuantos que harían posible las propiedades de la Mecánica Cuántica (MC). Serian los canales de Olbers .
De esta forma se explicarían la uniformidad del Cosmos , con su Fondo Cósmico de Microondas, (CMB) las estructuras supragalácticas que forman como las burbujas de jabón con filamentos donde se concentran las galaxias y grandes espacios intergalácticos casi desprovistos de materia , y los movimientos de las estrellas exteriores de los discos galácticos que avanzan a gran velocidad por falta de resistencia del espacio siendo la débil gravedad suficiente para que su fuerza centrípeta las sujete. No es necesario entonces el concepto de Materia Oscura que tantos quebraderos de cabeza ha traído en la Astrofísica (Vera Rubin )(7).
Este concepto de interrelación entre la mayor parte del Universo no quita importancia a la velocidad constante de la luz ya que su cometido es otro. Son dos planos diferentes. ¿Interactúan entre si? .Probablemente. No lo sabemos, pero la velocidad de la luz que es tan lenta en las grandes estructuras no parece ser la que forme al conglomerado de materia y energía que cada vez conocemos mejor gracias al James Webb. Este telescopio esta poniendo en serios apuros a los mejores astrónomos ,sobre todo al no encontrar ni rastro del Big Bang. Según Stephen Hawkins el Universo no tiene principio, fin, ni frontera. Estamos ante un Universo majestuoso e inabarcable cuyos movimientos siempre serán locales y que tiene el solo propósito de reciclarse . Todas las teorías de formación y evolución de la materia y la energía siempre deben explicar las trasformaciones en un sentido y en el contrario sin llegar a callejones sin salida. Otra seria discrepancia es la diferencia no solo de luminosidad sino la de temperatura entre las dos imágenes de la paradoja de Olbers. En una existirian de 3000oK a 5000oK en el espacio interestelar y en otra que correspondiente a la realidad son de 2.72o K . Esta enorme diferencia nos hace pensar que para que el Universo sea operativo tiene que haber mecanismos de estabilización en todos los ámbitos , y uno de ellos es el vacío o campo en el que intervienen todas las energías.
(Imagen del Fondo Cosmico de Microondas, en falso color)
(CMB en ingles) es una forma de radiación electromagnética descubierta en 1965 que llena el universo por completo. Tiene características de radiación de cuerpo negro a una temperatura de 2,72 o K y su frecuencia pertenece al rango de las microondas con una frecuencia de 160,2 GHz, correspondiéndose con una longitud de onda de 1,9 milimetros. La radiación de fondo de microondas es isótropa hasta una parte entre 100.000.
El espectrofotómetro FIRAS (en inglés The Far-Infrared Absolute Spectrophotometer) en el satélite COBE de la NASA ha medido cuidadosamente el espectro de la radiación de fondo del microondas. El FIRAS comparó el CMB con un cuerpo negro de referencia y no se pudo ver ninguna diferencia en sus espectros. Cualquier desviación del cuerpo negro que pudiera seguir estando sin detectar en el espectro del CMB sobre el rango de longitudes de onda desde 0,5 a 5 milímetros tendría que tener un valor de unas 50 partes por millón del pico de brillo del CMB. Esto hizo del espectro del CMB el cuerpo negro medido de manera más precisa en la naturaleza.
Volviendo al CBM reflexionamos: Dado que al irse expandiendo el Universo (Big Bang),
el desplazamiento al rojo sufrido por la radiación cósmica de fondo va aumentando, llegará un momento muy lejano, asumiendo un Universo abierto, en el cual ésta será indetectable por completo, acabando por ser «tapado» por el causado por la luz emitida por las estrellas y este a su vez al seguir expandiéndose el Cosmos sufrirá el mismo efecto y será reemplazado por el de otros procesos que se produzcan en el futuro lejano . El fondo de temperatura del Cosmos era de 3000ok a 5000ok en un principio (Olbers). En la ciencia oficial en la que el Universo actual es un mero tramite entre el Big Bang y la muerte térmica del mismo con su consiguiente disolución , nos encontramos con una historia de evolución continua ,principio y fin. Pero no hay ninguna evidencia de esto, solo tenemos el presente y lo que inferimos de las observaciones astronómicas. En un Universo que no tuvo comienzo ni final ,ni etapa inflacionaria no habrá nunca cambios en la temperatura del CMB pues es la necesaria para que todas las leyes físicas funcionen como sabemos. No es la expansión del Universo como si fuera un gas lo que enfriaría el vacío si no otras formas de distribución de la materia y la energía como pueden ser la dispersión a través de canales de vacío absoluto (Olbers) a través de la inmensidad del Universo pasado actual y futuro.
El problema del horizonte es una dificultad de los modelos cosmológicos de tipo Big Bang (Gran explosión) para explicar la enorme homogeneidad que el universo muestra a gran escala en la distribución de materia y radiación. Los datos empíricos muestran que nuestro universo es altamente uniforme y homogéneo, aun cuando está claro que debido a las grandes distancias no ha podido establecerse equilibrio térmico. No existe acuerdo acerca de cómo resolver dicha dificultad, pero una posibilidad hipotética es la inflación cósmica (8).
La causalidad relativista se asienta en que ninguna influencia material o perturbación física puede viajar más rápido que la luz. Eso implica que lo acontecido en una pequeña región tarda un tiempo en «alcanzar» o afectar a otras regiones, por lo cual la influencia causal entre regiones muy distantes sólo es posible si se consideran grandes intervalos de tiempo. Así las regiones del Universo primigenio suficientemente alejadas debieron de evolucionar de un modo independiente, ya que a corto plazo no podían influirse mutuamente. El problema del horizonte puede plantearse más sintéticamente. Los bordes del universo conocido u horizontes están separados casi 28.000 millones de años luz y la edad de nuestro universo es apenas algo menor que 14 mil millones de años.
Esta cronología discrepa acerca de que en el tiempo transcurrido desde el comienzo del universo estos dos extremos que no han podido influirse causalmente sean tan semejantes. Una de las hipótesis adicionales para dar cuenta del «problema del horizonte» fue la teoría de la inflación, propuesta por Alan Guth y Andrei Linde (8). Consiste en suponer que por un tiempo el universo se expandió ultrarrápidamente, a velocidades superlumínicas, lo cual estrictamente no viola la causalidad relativista (el vacio brota como una fuente entre las estrellas). Sin embargo, tal como opina el astrónomo Martin Rees(9), de la Universidad de Cambridge, persisten algunas dificultades. Una conocida declaración de Rees es que: «La inflación sería una explicación, si hubiera ocurrido», pero una dificultad adicional que surge de esta proposición es que nadie acierta qué generó un crecimiento inflacionario de ese tipo y de donde salió la energía necesaria para el mismo. Así pues, la inflación resuelve el problema y a la vez plantea otro igualmente difícil. Otra «exótica» proposición es la teoría del universo constantemente variable (teoría de Bekenstein, modificada por Barrow, Sandvik y Joao Maqueijo)(10), en la cual se expresa que en el transcurso de la evolución del Universo desde el Big Bang hubiera ocurrido una variación1 de la velocidad de la luz. Considerando la velocidad de la luz variable se resolvería también el problema, pero no parece una respuesta natural, ni aparenta haber una explicación de por qué habría podido suceder tal fenómeno, es decir que se ignora cómo implementar esta hipótesis en la teoría de cuerdas.
Como conclusión ,la homogeneidad y gran extensión del Universo precisa de una u otra forma la colaboración de velocidades supraluminicas aparte de enormes intervalos de tiempo.
Según la teoría del Big sin Bang el tiempo es infinito y gracias a canales de distribución con velocidades supraluminicas el Universo en su reciclaje perpetuo ha llegado o estado siempre en una CMB cercana a 2.72 oK, quizás porque se ajusta mejor al funcionalismo de todas sus partes.
(enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última).
BIBLIOGRAFIA ———————-
1. Bondi, Hermann (1960 (1980)). The Universe at Large (El Cosmos)
(en inglés y español)) ((sexta) edición). Nueva York (Buenos Aires): Doubleday & Company, Inc. (Editorial Universitaria de Buenos Aires). pp. (26-34).
2. A.I. Titov, B. Kämpfer, H. Takabe y A. Hosaka (10 de abril de 2013). «Breit-Wheeler process in very short electromagnetic pulses». Physical Review
3. Wesson,Paul. «Olbers’ paradox and the spectral intensity of the extragalactic background light», The Astrophysical Journal 367, pp. 399-406 (1991)
4. JF.Vargas G. Universo Big sin Bang, 2018,Galaxias Primigenias. World Press.
5. Mandelbrot .Benoit.«Fractal and the art of roughnes. Archivado el 17 de febrero de 2014 en Wayback Machine.», charla en TED .
6. Falconer K., «The Geometry of Fractal Sets» (Cambridge University Press 1985)
7. Rubin Vera y el lado oscuro del Universo. La Aventura de la Ciencia. 19 de mayo de 2015. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016. Consultado el 22 de mayo de 2015.
8. Guth, Alan H. (1999). El universo inflacionario: la búsqueda de una nueva teoría sobre los orígenes del cosmos(Editorial Debate edición). ISBN 978-84-8306-178-7.
9. Rees, Martin (2000). New Perspectives in Astrophysical Cosmology .
Cambridge University Press .ISBN 9780521645447.10.
10. Bekenstein, Jacob D. Universal upper bound on the entropy-to-energy ratio for bounded systems. Physical Review D, Vol. 23, No. 2, (January 15, 1981), pp. 287-298,
