Mis conversaciones con ChatGPT ¿Por qué la noche es oscura?

En mi programa de divultación científica EUREKA (cuyo último episodio puedes escuchar AQUÍ) vengo añadiendo una breve sección en la que le planteo preguntas a ChatGPT.  Las preguntas que elijo son aquellas de las que creo conocer la respuesta. Lo hago así pues me permite valorar la calidad de la respuesta de ChatGPT y confieso que no deja de sorprenderme

Como ya conté en mi anterior conversación con ChatGPT lo que por ahora nos diferencia de una Inteligencia Artificial, o IA, es nuestra capacidad de hacernos preguntas. Pero ¿qué opina ChatGPT?

¿Qué nos hace humanos? Por favor danos una respuesta breve.

ChatGPT.- Lo que nos hace humanos es nuestra capacidad para razonar, pensar de manera abstracta, tener conciencia y autoconciencia, comunicarnos a través del lenguaje, sentir empatía y compasión, ser creativos y apreciar el arte, y buscar significado y trascendencia en la vida. 

Las preguntas de carácter filosófico están abiertas a respuestas especulativas, y en eso ChatGPT es un maestro.

Hay preguntas sencillas, relativas a temas científicos, cuya respuesta ha sido exhaustivamente estudiada por la ciencia. Un caso de esos es la siguiente pregunta que le formularemos a ChatGPT.

¿Por qué la noche es oscura?

ChatGPT.-La noche es oscura debido a la falta de luz solar directa. Durante el día, la Tierra está expuesta a la luz del Sol, que ilumina nuestra atmósfera y el paisaje terrestre. Sin embargo, cuando la Tierra gira, el área en la que te encuentras se aleja del Sol, lo que resulta en la noche.

La respuesta parece bastante lógica, pero quiero llevar a ChatGPT por un camino cuya respuesta no sea tan simple y obvia. Una cosa importante es que ChatGPT sigue la conversación. Es decir, tiene en cuenta las respuestas y preguntas previas. Así que le reformulo la pregunta, poniendo alguna objeción a su respuesta anterior.

Pero, si por la noche miramos el cielo en cualquier dirección, como el universo es enorme siempre deberá haber una estrella que nos ilumine ¿No deberíamos ver el cielo nocturno completamente iluminado?

Su respuesta:

Aunque existen una gran cantidad de estrellas en el universo, la mayoría de ellas están muy lejos de nosotros. A pesar de su número, su luz se dispersa a lo largo de vastas distancias y se debilita considerablemente al llegar a la Tierra. Como resultado, incluso si hay innumerables estrellas, su luz combinada no es suficiente para iluminar el cielo de manera uniforme y hacer que la noche sea tan brillante como el día.

Si bien las estrellas pueden iluminar el cielo nocturno y crear un espectáculo impresionante, la cantidad total de luz que recibimos de ellas es relativamente pequeña en comparación con la luz solar directa durante el día. Por lo tanto, la noche sigue siendo generalmente oscura en ausencia de otras fuentes de iluminación artificial.

La respuesta de la inteligencia artificial es muy buena y convencería a cualquiera, pero quiero llevarlo más allá y plantearle lo que se conoce como la paradoja de Olbers, sin decírselo explícitamente. Es una paradoja aparente formulada por el astrónomo alemán Heinrich Wilhelm Olbers en 1823, y antes por Johannes Kepler en 1610. Mas o menos dice que en un universo estático e infinito el cielo nocturno debería ser totalmente brillante sin regiones oscuras o desprovistas de luz. Se la plantee a ChatGPT de forma rigurosa, como se hace en Física, aquí la simplifico para que no resulte muy enrevesada.

Si el universo se supone infinito, sin un principio 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. Cada punto en el cielo debería ser tan brillante como la superficie de una estrella, y por tanto, deberíamos ver el cielo uniformemente iluminado ¿Por qué no es así? 

[Ver la imagen de arriba]

Tienes razón en que si el universo fuera infinito y contuviera un número infinito de estrellas luminosas uniformemente distribuidas, la luminosidad aparente en cualquier punto del cielo sería muy alta. Siguiendo el razonamiento que mencionas, si el número de estrellas en una capa es proporcional al área de una esfera de radio R, y la intensidad de la luz disminuye con la inversa del cuadrado de la distancia, entonces se esperaría que cada punto en el cielo fuera tan brillante como la superficie de una estrella. Sin embargo, en la realidad, hay varios factores que limitan la apariencia de un cielo completamente iluminado por las estrellas:
La expansión del universo afecta la longitud de onda de la luz que recibimos de las estrellas distantes, desplazándola hacia longitudes de onda más largas, lo que se conoce como desplazamiento al rojo (o redshift). Esto reduce la energía y la luminosidad aparente de la luz que recibimos de las estrellas más distantes.
Ademas, la luz emitida por las estrellas puede ser absorbida o dispersada por partículas de polvo, gas y otros medios intergalácticos a medida que viaja a través del espacio. Y la distribución real de las estrellas no es uniforme. Las estrellas están agrupadas en galaxias, cúmulos y estructuras más grandes a lo largo del universo, lo que significa que la densidad de estrellas puede variar en diferentes regiones.

La respuesta de mi amiga IA es estupenda y va subiendo el nivel y precisión de la respuesta. Por añadir un comentario a su última respuesta:
Si nuestros ojos viesen en cualquier longitud de onda y fuésemos capaces de observar los colores por debajo del infrarrojo y mirásemos al cielo por la noche lo veríamos totalmente iluminado y casi homogéneo. Así se ha hecho con satélites que han cartografiado el cielo obteniendo lo que se conoce como el fondo radiológico de microondas [que procede del Big Bang y no de las estrellas].

Como dice ChatGPT, la luz que nos llega de estrellas situadas en galaxias muy distantes está más corrida al rojo mientras más distantes estén las estrellas que lo emiten o lo que es lo mismo su longitud de onda aumenta vista desde la Tierra con la distancia pues mientras más lejos, en promedio, las galaxias que las contienen se separan a más velocidad. Si ahora se alejan, es porque en un momento lejano del pasado, que se estima en 13 800 millones de años, toda la materia y la energía estaba un solo punto, y por tanto hubo un Big Bang.

Observe el cielo lejos la contaminación lumínica y dese cuenta de la cantidad de información que contiene la propia oscuridad.