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Explorando el universo

Paradojas en la astronomia

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Las paradojas no son mas que ideas o afirmaciones que se contradicen a si mismas en apariencia. Por lo general, las paradojas pueden tener una explicación, pero esta suele ser mas complicada a lo que en principio dicta el sentido común.
La astronomía, al igual que muchas disciplinas científicas, no esta libre de paradojas y a continuación se listan las más conocidas.

La paradoja de Olbers

La Paradoja de Olbers en acción. A medida que se consideran las estrellas situadas en capas y capas más lejanas a la tierra el cielo debería verse más y más luminoso.

La idea  presentada por Heinrich Wilhelm Olbers estipula que si en base a un modelo estático e infinito del universo, con un numero de estrellas uniformemente distribuidas, el brillo de estas debería iluminar completamente el universo. Sin embargo, como podemos comprobar, las noches son oscuras y que el cielo no esta permanentemente iluminado.

Este hecho no paso desapercibido para astrónomos como Edmund Halley y Johannes Kepler que se plantearon esta pregunta antes que Olbers y que concluyeron que el hecho de que las noches fueran oscuras era un argumento contra el modelo de un universo estático con un numero infinito de estrellas.

Soluciones

Desde que Olbers formulo la paradoja en 1823, se han presentado diversas soluciones.

La solución propuesta por el mismo Olbers, sugiere que la luz sea bloqueada o absorbida por materia interestelar. Sin embargo esta idea choca con la primera ley de la termodinámica sobre la conservación de la energía, ya que una vez alcanzado el equilibrio termodinámico de la materia que ha bloqueado la luz, volvería a producirse de nuevo la paradoja.

La teoría general de la relatividad ofrece dos soluciones a la paradoja. La primera solución indica que si el universo lleva existiendo una cantidad finita de tiempo, entonces solo nos ha llegado la luz de una cantidad finita de estrellas, por lo que  la paradoja desaparece. Además, al ser la velocidad de la luz finita y que la edad del universo se calcula en unos 13700 millones de años, solo observamos una región finita del universo en un radio inferior a 13700 millones de años luz. La otra solución de la teoría de la relatividad sugiere que si el universo esta en constante expansión, las estrellas mas lejanas a nosotros también lo hacen haciendo que su luz se aproxime al final del espectro electromagnético (fenómeno conocido como redshift). Este hecho hace que la intensidad de la luz disminuya y que según la formula de Planck, la energía también disminuye resolviendo la paradoja.

La paradoja del sol joven y debil

Esta paradoja fue presentada por Carl Sagan y George Mullen en 1972 tras realizar unas observaciones en las que comprobaron que el Sol emitía hace 4500 millones de años un 70% menos de energía con respecto a la actualidad y era un 15% más pequeño. Esta circunstancia haría que difícilmente pudiera haber habido agua en estado líquido en la superficie terrestre, algo crucial para el desarrollo de la vida en nuestro planeta. Sin embargo, sabemos que por los registros geológicos, que la Tierra nunca ha estado completamente congelada y que de hecho, en aquella época la temperatura era mayor a la actual.

Soluciones

A día de hoy no hay ninguna solución en firme y se siguen realizando estudios al respecto.

Un estudio publicado en Nature por un grupo de científicos daneses y norteamericanos en 2010, indicaba que en aquel entonces la capa de nubes que rodeaba la Tierra era mucho más fina que la actual permitiendo a los rayos solares mantener de manera directa el agua en estado líquido. Sin embargo, en 2011, investigadores del Centro de Investigación Ames de la NASA en Moffett Field (EE.UU), rechazan este planteamiento alegando que sus nuevas simulaciones por ordenador indican que el hecho de haber menos nubes es insuficiente para que el agua logre mantenerse liquida gracias a la incidencia del Sol en aquel tiempo.

Otro estudio que apoya la teoría de la baja cantidad de nubes es el realizado por Christoffer Karoff de la Universidad de Birmingham. En base a sus observaciones de kappa Ceti (una estrella similar a nuestro sol pero mucho mas joven), han descubierto que dicha estrella produce llamaradas y eyecciones de masa coronal a un ritmo de tres ordenes de magnitud superior al sol. Esto hace que incidan menos rayos cósmicos en el planeta, lo que según los climatólogos hace que se produzcan menos nubes.

Otras soluciones plantean que una cantidad de CO2 lo suficientemente alta en la Tierra hace 4500 millones de años hubiera logrado un efecto invernadero suficiente para permitir el agua en estado liquido.

 

Paradoja de la muerte térmica

También conocida como la paradoja de Clasius, se suele utilizar contra la idea de un universo estático e infinitamente viejo utilizando la reducción al absurdo.

El argumento sostiene que si el universo fuera infinito en extensión, también tendría que ser infinitamente viejo. Cualquier objeto caliente transfiere calor a su entorno más fresco, hasta que todo esté a la misma temperatura.

Para dos objetos a la misma temperatura el calor tanto fluye de un cuerpo a otro siendo el efecto neto como nulo. Si el universo fuera infinitamente viejo debe haber habido tiempo suficiente para que las estrellas se enfríen y calentar sus alrededores.
Puesto que  el universo no está en equilibrio térmico no puede ser infinitamente viejo y como no es infinitamente viejo, no puede ser infinito en extensión.

 

Paradoja de Algol

Esquema del sistema binario de Algol.

Esta paradoja se dio durante el estudio del sistema binario de Algol y afecta a las teorías de evolución estelar.

Una característica fundamental de estas teorías es que el ritmo de evolución de las estrellas depende de la masa de la estrella: cuanto mayor es la masa de la estrella, mas rápida es su evolución y cuanto más rápida es esta, deja su secuencia principal y entra en fase de subgigante o gigante.

En el caso de las estrellas binarias Algol y algunas otras se observa algo completamente diferente: la estrella menos masiva ya es una subgigante y la estrella con una masa mucho mayor todavía está en la secuencia principal. Inicialmente, esto parece paradójico, ya que se cree que las estrellas asociadas en un sistema binario se forman aproximadamente al mismo tiempo. Así, la estrella más masiva, en lugar de la menos masiva, debería haber dejado la secuencia principal.

La paradoja se resuelve por el hecho de que en muchas estrellas binarias, puede haber un flujo de material entre las dos estrellas, perturbando el proceso normal de la evolución estelar. A medida que el flujo avanza, el estado evolutivo de las estrellas progresa, aun a pesar de los cambios relativos de masa. Finalmente, la estrella más masiva originalmente llega a la siguiente fase de su evolución a pesar de haber perdido gran parte de su masa en favor de su compañera su compañera.

 

Paradoja de Fermi

Figuras grabadas en la placa de la sonda espacial Pioneer 10 informando a una posible civilización extraterrestre sobre la presencia de vida humana en la Tierra.

La ecuación de Drake, planteada por el astrónomo del SETI Frank Drake, trata de contabilizar el número de civilizaciones con una tecnología los suficientemente avanzada como para contactar con ellos. En base a esta formula algunos científicos han tratado de dar un valor a la ecuación, como Carl Sagan que afirma que puede haber millones de civilizaciones o Isaac Asimov, que calculo unos pocos cientos de miles.

Ante este panorama, la paradoja planteada por Enrico Fermi afirma que si esto es posible, ¿porque aun no se ha detectado ninguna pista o evidencia de vida inteligente?

 

Soluciones

Debido al carácter teórico y especulativo del planteamiento, las soluciones planteadas muchas de la soluciones planteadas no son mas que ciencia ficción y otras tantas surgen desde un punto de vista filosófico o religioso.

El primer intento para solucionar la paradoja fue del propio Fermi, en el que afirmaba que toda civilización lograría un grado de avance tecnológico por el cual seria capaz de autodestruirse. Lo más destacable de esta idea es su contexto, ya que Fermi en aquel entonces estaba trabajando en el Proyecto Manhattan desarrollando la bomba atómica junto con los físicos y científicos mas ilustres de la época.

Los investigadores Jacob Haqq-Misra y Seth Baum de la Universidad de Pennsylvania, consideran que es un error afirmar la colonización exponencial de la galaxia y del universo por una civilización ya que se encontraría con recursos limitados. Para explicar este hecho hacen referencia a la limitación de recursos que sufrimos en esta época y que ponen en riesgo la sostenibilidad ecológica de la Tierra y el progreso tecnológico.

Otras teorías sugieren que otro de los fallos de la ecuación de Drake es no considerar cuantas de esas civilizaciones quieren ser contactadas. Si se considera que la vida en otros planetas se basa en los mismos principios de supervivencia que en la Tierra, algunas de esas civilizaciones no querrán competir con otras por determinados recursos ante el riesgo de salir perdiendo.

También se especula que las extinciones masivas sea algo relativamente corriente como ha ocurrido en nuestro planeta, lo que dificultaría la búsqueda de pruebas y en caso de encontrarlas, que la civilización que las genero ya no exista o que se extinga durante el proceso de entablar un dialogo una vez encontradas las pruebas

Otra hipótesis muy aceptada es que la diferencia tecnológica con otra civilización sea tan grande que no sepamos interpretar esas señalas. A fin de cuentas el despertar tecnológico de nuestra civilización es muy reciente y una hipotética civilización alienígena nos llevaría cientos o miles de años de ventaja.

 

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