El Sol, esto se ve cualquier día, es un objeto luminoso. El universo, esto se ve cualquier noche, es un lugar oscuro salpicado de puntos brillantes, las estrellas. Nos bastan los ojos, nuestros detectores de luz, de fotones, para observar todo eso.

Los objetos calientes (bombillas o velas encendidas, estrellas) son mejores emisores de “luz”, más luminosos que los fríos (bombillas o velas apagadas, planetas, el universo mismo).[1]

El universo es oscuro porque es muy frío. Pero está salpicado de estrellas y otros potentes emisores de radiación, brillantes, muy calientes. ¿Cómo es posible que un espacio que contiene muchos focos brillantes sea oscuro? O en otros términos, ¿cómo es posible que un recipiente que contiene muchos objetos calientes esté muy frío? Ese es el hecho sorprendente, paradójico, que debe ser explicado, la pregunta que debe ser respondida. Las reflexiones sobre este tema han sido muchas a lo largo de la historia de la cosmología y, desde mediados del siglo pasado, se suelen presentar bajo el título de Paradoja de Olbers.

Para la cosmología científica el universo es todo lo que existe. Por principio, no existe sistema material alguno aparte de él. El universo es, por tanto, un sistema material aislado, el sistema material mejor aislado de todos los posibles. Se puede razonar sobre él como sobre un recipiente  limitado por un perfecto aislante térmico, aunque el universo no tenga límites o, incluso, aunque sea infinito. Lo importante en los razonamientos que siguen no es la limitación sino el aislamiento.

Desde un punto de vista estrictamente lógico un objeto aislado que contiene objetos muy calientes solo puede estar frío por tres razones:

1. Porque los objetos calientes calientan poco.
2. Porque los objetos calientes llevan poco tiempo calentándolo.
3. Porque el objeto se está expandiendo y los objetos calientes no dan abasto a calentarlo porque es cada vez más extenso.

Para el universo, esas tres posibilidades significarían que las estrellas son emisores débiles en relación con el tamaño del universo, o que el universo es joven, o que el universo está en expansión.

La observación de la noche oscura, fría, salpicada de objetos brillantes, calientes, es compatible con esas tres posibilidades lógicas y, por tanto, no permite elegir entre ellas. Pero hay otra observación mucho más difícil que contemplar la noche oscura estrellada, mucho más compleja, que permite elegir entre las tres. Es la observación de la existencia de una radiación (unos fotones) que llena el universo por doquier, que es muy fría (esos fotones son muy poco energéticos) y que se conoce como “radiación cósmica de fondo”, CBR en sus siglas inglesas. La CBR tiene propiedades que se explican suponiendo que se produjo en un estado del universo, muy primitivo, que era muy caliente. Esta observación, así explicada, junto a la constatación nocturna de que el estado actual del universo es frío, muestra que el universo se ha ido enfriando con el tiempo, que su historia es la historia de un enfriamiento, que, desde el principio, la temperatura del universo ha ido bajando sin descanso.

Ahora bien, la temperatura es una especie de medida del nivel de energía en un sistema. Así que, para que un sistema se enfríe debe disminuir el nivel de energía en él. Y sólo hay dos formas de que esto pase. La primera, cediendo energía a otro sistema más frío. De esta forma el nivel de energía baja, su temperatura disminuye. La segunda, expandiéndose, aumentando su tamaño sin recibir ni ceder energía. De este modo, la cantidad de energía del sistema se mantiene pero su nivel (su temperatura) baja. Es como si una piscina se estirara: mantendría la misma cantidad de agua pero el nivel del agua descendería porque se repartiría por más superficie. Para el universo, sistema único, aislado por excelencia, ceder energía a otro sistema es imposible. No puede, por tanto, enfriarse así. Para el universo no hay alternativa, la única vía posible de enfriamiento es la expansión. El universo se ha ido enfriando porque se ha ido expandiendo.

Así pues, la expansión explica que el universo sea frío estando lleno de objetos calientes y, también, que se haya estado enfriando desde el principio. En cambio, tanto si se explica que el universo es frío porque las estrellas calientan poco (son emisores débiles de energía) como si se dice que lo es porque las estrellas llevan poco tiempo calentándolo (el universo es joven) su historia no podría haber sido la de un enfriamiento. En ambos casos, aunque fuera lentamente, el universo se iría calentando. De manera que basta ver la noche oscura estrellada y saber de la existencia de la “radiación cósmica de fondo” para concluir que nuestro universo se está expandiendo.

Existe algo más, también interesante, que se puede extraer de la observación de la noche estrellada si nos damos cuenta de que pone ante nuestras narices un sistema material que tiene partes frías, el fondo oscuro, y partes calientes, las estrellas. Cuando un sistema tiene unas partes a una temperatura y otras a otra se dice que está en desequilibrio termodinámico. Ese es el estado actual de nuestro universo. Eso es lo que se ve todas las noches, aunque no todas las noches caemos en la cuenta. Reconocer que el universo es un sistema en desequilibrio termodinámico es importante porque esa propiedad es la que permite que haya cambios internos en el sistema. Si el universo estuviera en equilibrio termodinámico, si la temperatura fuera la misma por doquier, permanecería en un estado siempre igual a sí mismo, sin sucesos.

El desequilibrio termodinámico del universo hace posible que haya flujos de energía que van de las partes calientes a las partes frías, que las estrellas viertan torrentes de energía hacia su exterior. Los flujos de energía pueden poner en marcha distintos procesos, generar cambio, hacer que “pasen cosas”. Los sistemas en equilibrio termodinámico  han alcanzado uniformidad por todas partes, han llegado a un estado estable en el que no puede pasar nada. Son sistemas estancados, “muertos”. Nuestro universo no es así. Todavía está en desequilibrio, cambia, está “vivo”. La Tierra entera es un sistema en desequilibrio mantenido por el flujo de energía solar. Los vivos, nosotros mismos, somos sistemas en desequilibrio sostenidos por ramificaciones de ese flujo principal que fecunda el planeta. Nuestra propia existencia queda así conectada a una  propiedad del universo, su desequilibrio termodinámico, que solo necesita nuestros ojos y nuestro cerebro, intérprete de lo que nuestros ojos ven, para ser constatada.

De día miramos hacia el Sol, nuestra estrella cercana, el objeto caliente que inunda de fotones la atmósfera haciendo luminoso el ambiente. De noche miramos hacia el universo y lo vemos oscuro, frío, aunque lleno de objetos calientes como el Sol del día. Día y noche, señas de desequilibrio del universo, son caldo de cultivo para el cambio, para la complejidad, para la vida.

[1] La luz es un tipo de radiación electromagnética, una forma de energía que, liberada por sistemas materiales, se propaga como una onda electromagnética, una onda un poco más desconocida que otras pero onda al fin y al cabo. Todas las radiaciones electromagnéticas tienen propiedades similares. Pero unas son visibles y otras no. La luz es la radiación electromagnética visible, esto es, la que el ojo es capaz de detectar. Hay muchos objetos que emiten radiaciones electromagnéticas que el ojo humano no puede detectar, “luz” no visible que puede ser detectada mediante instrumentos apropiados. En estos párrafos, luz (sin entrecomillar) significa radiación electromagnética visible. Y el entrecomillado “luz” se refiere la “luz visible y no visible” o, más propiamente, a la radiación electromagnética de cualquier tipo.