El Universo exotico Cosmologia

El universo tiene una composición inesperada, o “exótica”, según la define al menos el profesor Carlos Frenk, uno de los cosmólogos más reconocidos del planeta, quien lleva años recreando y simulando las estructuras cósmicas y la formación de galaxias por medio de grandes supercomputadoras.

SERGIO ANDREU.EFE Director del Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham (Reino Unido), Frenk asegura en una entrevista a Efe que una de las grandes sorpresas dadas por la física en la última década es precisamente que la materia, la visible y la oscura, es tan sólo una pequeña parte de la composición del universo, y que el resto lo ocupa una energía oscura “totalmente desconocida”.

La materia visible -los átomos ordinarios de los que están hechos tanto humanos como estrellas- supone el 4% del universo, mientras que la llamada materia oscura fría -sobre la que este físico ha publicado un destacado estudio en “Nature”- conforma el 21%, es decir: una quinta parte del cosmos son unas partículas elementales que no interactúan y que por ello son difíciles de detectar.

Cualquier habitación está llena de miles de millones de estas partículas que sólo se hacen visibles cuando protagonizan fenómenos de gravedad en puntos donde se concentran enormemente como, por ejemplo, en el centro de nuestra galaxia.

En esa concentración masiva, los científicos creen que sufren colisiones que generan una radiación gamma muy energética que las hace visibles y, por ello, hacia allí se dirige el satélite norteamericano Fermi, lanzado el pasado junio, para tomar unas mediciones que se espera ofrezcan resultados en uno o dos años.

Este investigador, que esta semana ha ofrecido una charla en el Cosmocaixa de Barcelona en el marco del Año Internacional de la Astronomía, confía en que el acelerador de partículas del CERN (LHC) de Ginebra, puede llegar también a fabricar estas partículas de forma indirecta, una vía más sencilla que encontrarlas en el cosmos.

Menos optimista se muestra a la hora de predecir cuándo se llegará a saber qué es la energía oscura, descubierta a finales de la década de los noventa, tras años de sospechas teóricas “de que algo iba mal” porque la expansión del universo se estaba acelerando, fruto de una fuerza repulsiva, contraria a la gravedad.

Frenk, un británico nacido en México -nacionalidades a las que suma la española de su madre y la alemana de su padre- subraya que éste es “uno de los misterios de la ciencia”, que se ha convertido en el reto número 1 de la investigación física en EEUU, y teme que se vayan a gastar miles de millones de euros en dar palos de ciego: “sin una teoría que les guíe y sin saber lo que están haciendo”.

De momento, Frenk se dedica a simular el cosmos por medio de supeordenadores a través de millones de ecuaciones basadas en las leyes físicas, capaces de predecir cuántas galaxias debe haber, su tamaño o la forma en que se distribuyen en el espacio.

“Me gano la vida haciendo universos, tratando de emular a un dios con ‘d’ minúscula”, afirma este detective cosmológico, nacido en una familia de médicos y músicos, que se ve como una síntesis de estas ramas: un científico creativo, de hecho algunas películas sobre sus andamios cósmicos han ganado premios en certámenes especializados.

Inevitablemente, la inmensidad del cosmos lleva a cuestiones metafísicas. A juicio de Frenk, ciencia y religión son dos avenidas de experiencias paralelas que no se cruzan, que se plantean preguntas diferentes, más allá del dónde venimos y a dónde vamos…[]

Via laopinion.es

Una breve historia del tiempo por Stephen Hawking

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Documental Ver para Creer

En este documental, Hawking nos hará ver el corazón de este campo llamado astronomía, y para conocerla mejor hay que escudriñar al principio a su nacimiento de este campo de la ciencia que ha dado a la humanidad tanto, desde el principio del homo sapiens eran simples cuiosos de los cielos creando así mitos hasta nuestros días con teorías vanguardistas, y es por ello que en este capítulo se centrará meramente en los principios de la cosmología, como fue descubiéndose hallazgos que hoy día son los pilares de la astronomía, y que gracias a ello, comprenderemos mejor el corazón de la astrofísica, y los misterios que esconden en ella.

Así que de forma un tanto filosófica, reflexiva y divulgativa el señor Hawking nos llevará al mundo fascinante del cosmos.

“Ver para creer” es el primer capítulo de esta serie extraordinaria que cualquier amante de la astronomía no ha de perderse.

Cosmologia

Cosmologia Geocentrica.

Entre los filósofos griegos ya hemos visto que surgieron soluciones más verdaderas e imaginativas que la adoptada por el astrónomo alejandrino Claudio Ptolomeo de una concepción geocéntrica del cosmos y sistematizada en la cosmología aristotélica, con respecto a la estructura y ordenamiento del universo. Bastaría sólo recordar lo que hemos descrito sobre los trabajos de Aristarco de Samos

El modelo geocéntrico, identificado, sin gran justificación, con quien le dio su nombre y prestigiado por Aristóteles, plegó por muchos siglos las alas del conocimiento. Esta circunstancia mueve a reflexión: ¿Por qué las teorías propugnadas por muchos hombres ilustres, fundamentalmente griegos, más lógicas, más simples, más de acuerdo con la tradición filosófica y científica del pasado, fueron dejadas de lado para dar paso a un modelo complejo, absurdo, lleno de dificultades e inconsistencias, que exigía complicadísimas argucias para explicar el aparente desorden de estos vagabundos del espacio, desorden que era más fácil hacer desaparecer si, en lugar de ser la Tierra el centro de las trayectorias, éste se trasladaba al Sol? Era el inapropiado punto de observación del hombre y las diferentes velocidades de los planetas lo que producía el desorden que, a pesar de sus complicadísimas teorías de los epiciclos, Ptolomeo y Aristóteles nunca pudieron explicar.

EL COSMOS ARISTOTÉLICO

La observación, la experiencia personal, y la reflexión que condujeron por buen camino a Aristóteles en sus investigaciones biológicas, lo guiaron con menor seguridad en el dominio de la Astronomía, la Física y la Mecánica. Padre de la lógica formal, tenía demasiada confianza en las deducciones lógicas a partir de premisas preconcebidas, y olvidó un poco que la lógica, privada del apoyo de la observación y de la experiencia, sólo proveía una dialéctica de la prueba, sin poder llevar a verdaderos descubrimientos. Aristóteles separa el mundo astral incorruptible e inmutable, del mundo terrestre o sublunar, lugar de cosas perecederas, y admite la dualidad de las leyes de la naturaleza.

La cosmología de Aristóteles difería en varios aspectos del modelo atomista. Aristóteles erigió el mundo a partir de cinco elementos: tierra, agua, aire, fuego y éter. Nada era casual ni accidental. Todo tenía su espacio natural y su propósito. Adoptando el sistema homocéntrico de Eudoxo materializa las esferas, que en el pensamiento de su predecesor eran abstracciones geométricas, para convertirlas en esferas cristalinas que encierran un universo esférico y finito. El lugar natural de la Tierra es el centro del universo, y todo lo semejante a ella que flota en el cosmos se desplaza en esa dirección. Éste es eterno y sus movimientos se efectúan en círculos. El éter es una substancia divina e indestructible; su espacio natural son los cielos, donde forma las estrellas y otros cuerpos celestiales. El agua, el aire y el fuego ocupan lugares intermedios. El Sol, la Luna y los planetas giran alrededor de una Tierra estática. Tales rotaciones dan forma al día y la noche.

Las estrellas están prendidas en la bóveda celeste, conjunto de esferas de cristal movido por ignotos dispositivos, en el que millones de perforaciones permiten el paso de la luz desde el más allá. El gran Aristóteles enseñó que las estrellas y los planetas se movían circularmente con velocidad uniforme en esferas perfectas centradas en la Tierra, gracias a la obra divina de un dios. Todo era limitado en el espacio. Como vemos, a diferencia del modelo atomista, el cosmos de Aristóteles tiene propósito y tiene un espacio que limita con las esferas de cristal. Ambas teorías concordaban en un aspecto importante: el universo era eterno. El éter, componente de los cuerpos celestiales y divinos, es inmutable por siempre y para siempre. El universo de Aristóteles no era solamente eterno; también era estático. Esta creencia de un cosmos inalterable dominó el pensamiento occidental hasta bien entrado el siglo XX.

Si bien el estagirita adopta la doctrina empedocleana, al considerar dentro de los cinco elementos con los cuales él erigió al mundo, los cuatro básicos que ésta predice, no obstante la ajusta a las exigencias de su concepción filosófica. El último constituyente del mundo sustancial es materia primaria, que carece de formas, pero potencialmente contiene todas las formas y todos los elementos. El paso de la potencia al acto se realiza al sobreponerse a la materia primaria una de las combinaciones binarias de las cualidades o formas: caliente, frío, seco y húmedo. Eliminando las dos combinaciones imposibles (caliente-frío y seco-húmedo) quedan cuatro combinaciones que corresponden a los cuatro elementos de Empedocles: fuego (caliente + seco), aire (caliente + humedad) tierra (frío + seco), y agua (frío + húmedo). Mediante la sustitución de una de sus cualidades formadoras, los elementos aristotélicos son transformables unos en otros.

HIPARCO, INNOVADOR EN LA ANTIGÜEDAD DE LA VISIÓN DEL CIELO

Ya señalamos anteriormente, en la separata 2.01, que la ciencia desde manos de los griegos pasó a los alejandrinos. Éstos, en general, se adhirieron a las tesis geofixistas, es decir, no adoptaron la posición central de la Tierra y reconocieron las deficiencias del mecanismo propugnado por Eudoxo a los movimientos celestes. En efecto, las variaciones que se observaban en el brillo de algunos planetas hizo surgir la idea de que pudiese existir algunas variaciones de ellos en sus distancias con respecto a la Tierra, y la desigualdad de las estaciones convirtió en inverosímil una trayectoria circular del Sol con nuestro planeta en el centro. Lo último descrito, obviamente hace evidente la incompatibilidad de aquello con el sistema eudoxiano de las esferas homocéntricas y fue, aparentemente, lo que indujo a Hiparco de Nicea (mediados del siglo II a.C.) a hacer recorrer a los dos objetos celestes más reconocidos por los terráqueos, el Sol y la Luna, círculos excéntricos en torno a la Tierra. Dio cuenta así, quizás a través de una simplicidad, de la desigual duración de las estaciones y de las variables distancias que separan de nosotros a estos cuerpos celestes, fenómeno inconsiderable dentro del modelo de sistema de Eudoxo. Hiparco calculó el mes lunar medio en 29 días 12 horas y 44 minutos con 2,5 segundos, resultado que difiere en menos de un segundo del generalmente actual aceptado.

PTOLOMEO, SISTEMATIZADOR DE LA COSMOLOGÍA GEOCÉNTRICA

Ahora bien, la concepción geocéntrica del universo, sistematizada en la cosmología aristotélica y elaborada en la tradición analítica del pensamiento griego, constituyó el egocentrismo cosmológico que dominó imperturbado a las civilizaciones occidentales hasta el siglo XVI. Su descripción la conocemos en detalle gracias a Claudio Ptolomeo quien, alrededor del año 150 d.C., escribió una monumental obra con características de una enciclopedia de astronomía. Su nombre original «La Colección Matemática» cambió luego a «El Gran Astrónomo», para distinguirla dentro de un conjunto de otros textos editados por otros autores, como Euclides y Menelaus, agrupados bajo el título «El Pequeño Astrónomo». En el siglo IX, los árabes la llamaron finalmente como la conocemos hoy, «Almagesto», o «El Gran Tratado». Consta de trece volúmenes que tratan del sistema geocéntrico, los planetas, el Sol y las estrellas fijas, de los eclipses, de geometría y trigonometría, de la construcción de instrumentos y observatorios astronómicos.

La base del sistema tolomeico del mundo no difiere mucho de la cosmología adoptada por Hiparco: La Tierra centro absoluto del universo, esférico y finito; miminización de nuestro globo, considerado en relación con el cosmos; rotación diurna de la Tierra del conjunto del cielo de Este a Oeste, y trayectoria de los astros resultante de combinaciones de movimientos uniformes y circulares. En general, los principios cosmológicos de Ptolomeo son iguales a los esbozados por Hiparco, con la salvedad de que creó una doctrina completa sobre los planetas, cuestión que Hiparco, prácticamente, no esbozó.

CONSTRUCCIÓN EXCÉNTRICA.- En ella, Ptolomeo coloca a la Tierra fuera del centro de la construcción geométrica. En ella, “E”, se desplaza ligeramente desde “C” que corresponde al centro de la trayectoria de los planetas. Aunque en esta concepción se transgreden los principios geocéntricos aristotélicos, en los cuales la Tierra era el centro del cosmos y eje de todos los movimientos planetarios, el desplazamiento terrícola era mínimo y se consideró, más bien, como un ajuste a la regla que una violación. El gráfico sobre la construcción excéntrica que hemos insertado arriba aparece como una estructura fija; sin embargo, también podía jugar un rol movible. En ese caso, el centro del círculo mayor es un punto que rota alrededor de la Tierra a través de pequeños movimientos circulares justamente encima del centro de ésta. En algunas construcciones esos pequeños movimientos no se encontraban centrados en la Tierra.

CONSTRUCCIÓN EPICÍCLICA.- La segunda construcción, la epicíclica, contempla al equivalente geométrico de movimientos excéntricos simples. En este caso, los planetas se movilizan en círculos que rotan sobre la circunferencia del círculo mayor cuyo centro se encuentra sobre la Tierra. Cuando las direcciones y las velocidades de rotación del epiciclo son coincidentes, los planetas, observados desde un punto de la Tierra, detienen su marcha, revierten su curso, y entonces nuevamente comienzan su andar. Así el movimiento retrógrado anual de los planetas (ocasionado, en términos heliocéntricos por la adicción del movimiento anual de la Tierra con el de los planetas) podría encontrar su explicación.

CONSTRUCCIÓN ECUATORIAL.- Como las dos construcciones anteriores no lograban una explicación satisfactoria para los movimientos observados de los planetas, Ptolomeo agregó una tercera, la ecuatorial. En este caso, el centro de la construcción circular mayor fue separado del punto de giro de la circunferencia,como podemos observar en el gráfico de arriba, a la izquierda, donde “C” es el centro geométrico del círculo mayor (comúnmente se conocen a este tipo de construcciones como de círculo excéntrico), pero el movimiento del centro epicíclico “O” es uniforme sobre el punto ecuatorial”e”.


EL SISTEMA GEOCÉNTRICO TOLOMEICO

Sobre la base de las tres construcciones descritas, Ptolomeo logró diseñar un modelo cosmológico que, de acuerdo a su época, podía explicar, de alguna manera, el movimiento de los cuerpos celestes dentro de las normas de exactitud observacional que se consideraban entonces. En él, el Sol y los planetas se mueven en un pequeño círculo llamado epiciclo,cuyo centro gira alrededor de la Tierra sobre un círculo llamado deferente; el centro de éste, sin embargo, no coincide con el de la Tierra. Los siete planetas, entre los que se incluían también la Tierra y la Luna, se desplazaban sobre siete esferas alrededor de la Tierra, la cual se encontraba en el centro (por ello, la denominación de sistema geocéntrico). Desde adentro hacia afuera se sucedían la Luna, Mercurio. Venus, el Sol, Marte, Júpiter y Saturno. Los planetas interiores –Mercurio y Venus- empleaban un lapso igual al que hoy llamamos su revolución sinódica para realizar una vez el giro de su epiciclo, cuyo centro tardaba un año para recorrer el deferente; por el contrario, los planetas exteriores –Marte, Júpiter, Saturno- se movían sobre sus epiciclos en un año, mientras el centro del epiciclo describía el deferente en un tiempo igual a la revolución sideral del planeta. Estos períodos estaban elegidos de tal manera que explicaran por qué los planetas inferiores acompañan siempre al Sol, sin poder apartarse de éste más allá de una distancia angular determinada, en tanto que los planetas superiores pueden recorrer todo el cielo.

En la Teoría que elaboró Ptolomeo sobre la base de sus tres construcciones, los epiciclos dan cuenta de las posiciones estacionarias y retrogradaciones de los planetas: éstos se mueven en general de Oeste a Este sobre el firmamento; sin embargo, para poder calzar con las predicciones, de tiempo en tiempo, se detienen para recorrer una breve distancia en sentido inverso antes de volver a tomar su dirección normal. Sin bien con ello Ptolomeo era capaz de explicar el movimiento de los cuerpos celestes, por lo menos, en función de lo que se podía captar en las observaciones que se podían realizar en la época, sí se salía de la compleja concepción de los movimientos perfectamente circulares de los planetas. Ptolomeo infringió los conceptos cosmológicos y las reglas físicas legados por Aristóteles. La excentricidad y los epiciclos significaban que los movimientos planetarios no se generaban exactamente centrados sobre la Tierra, el centro del cosmos. Pero ello, entonces, tan sólo fue considerado como un suave ajuste que pocos objetaron. No ocurrió lo mismo con la estructura ecuatorial, la cual se desagregaba del movimiento circular perfecto, y esta violación fue considerada por los griegos como un irritante enigma transgresor. No fue gustosamente asimilado el desplazamiento orbital de la Tierra en torno del Sol, desplazamiento que se suponía implícito al movimiento real de cada planeta y que engendra en la órbita aparente de éste, la apariencia de las estaciones y retrogradaciones. Ahora bien, en tanto que el planeta se desplazaba sobre una parte de su epiciclo, su velocidad se agregaba a la de su centro, en tanto que ésta se restaba cuando el planeta recorría otra parte de su trayectoria. Bastaba, pues, asignar velocidades convenientes al astro sobre su epiciclo, para reproducir las anomalías que se evidenciaban en las observaciones.

Ahora bien, seguido de la órbita de Saturno, se ubicaba la esfera de las estrellas fijas. A la Tierra, como ya se ha señalado, no se le ubicaba exactamente al centro, ya que a los planetas se les describían órbitas relativamente excéntricas. Sólo el Sol y la Luna giraban alrededor de la Tierra sobre un trazado circular. Así, estimando los valores de la traslación por el epiciclo y del deferente, era factible explicar el comportamiento de los planetas, en especial sus movimientos en bucle.

Tanto la cosmología aristotélica como la tolomeica se plasmaron en occidente entre los siglos XII y XIII, pero se desenvolvieron dentro de un mismo ámbito como entes separados. La primera se estudió a través de la «Física de Aristóteles» y de «Sobre los Cielos», además de la difusión de numerosos trabajos; la segunda, irrumpe con el «Almagesto» y a través de literatura astronómica técnica, especialmente elaborada por astrónomos islámicos en cuyos trabajos asumieron a Ptolomeo como un paradigma. En el mundo del saber del occidente cristiano (radicado en las universidades que se fueron fundando alrededor del año 1200), la cosmología de Aristóteles figuró en la gran mayoría de las interrogantes relacionadas con la naturaleza del universo y repercutió significativamente en las preguntas y respuestas que se formulaban, tanto en la filosofía como en la teología. Por su parte, las ideas tolomeicas sobre la constitución del cosmos sólo fueron enseñadas en universidades como parte de la malla curricular de matemáticas, influyendo casi solamente en la obtención de respuestas técnicas sobre temas como el calendario, los pronósticos posicionales, y astrología.

Pero ahondando un poco más sobre el egocentrismo cósmico, dentro del modelo la Tierra era algo vago y complejo. Algunos, influenciados por las ideas orientales, la suponían reposando sobre los hombros de un gran elefante, que, a su vez, se erguía sobre el enorme caparazón de una tortuga. ¿Y la tortuga … ? Eso parece que era preguntar demasiado. Tal vez sobre una tremenda base de fango…

Las opiniones religiosas, justificadas con el prestigio del estagirita, obstruyeron el proceso de la física y de la astronomía y lograron relegar al olvido a Aristarco y a otros que pensaron como él. Aun Hiparco, y se afirma que el propio Ptolomeo, habrían quebrado, interiormente al menos, el concepto de la Tierra plana y fija en el centro del cosmos.

Las universidades y órdenes religiosas que proliferaron en los siglos XII y XIII acicatearon el estudio del cielo y resucitaron y reforzaron, a su manera, los planteamientos aristotélicos, ajustando y estrechando las ideas a los preceptos confesionales en boga. Tomás de Aquino contribuyó a elaborar una estructura universal en la cual el círculo, en su equilibrio geométrico, regía los movimientos regulares de los astros, perfectos e inmutables, y condicionaba con su presencia los acaeceres de la vida. La astrología tuvo extraordinaria importancia y alentó la creencia de que la aparición de los cometas de trayectorias y períodos erráticos, y los eclipses, eran responsables de desastres y calamidades.

Cosmologia Heliocentrica

La idea de que la Tierra no era el centro del universo había empezado de nuevo a tomar cuerpo. Lo que muchos habían pensado, sin atreverse a expresarlo. El astrónomo Nicolás Copérnico tuvo la audacia de postularlo el año l543, debilitando sustancialmente la visión cosmológica geocéntrica del universo imperante en la época. En pugna con el antropocentrismo y con los prejuicios vigentes, este extraño monje, si bien es cierto con prudencia y gran cautela, dejó durante cuarenta años sin publicar sus observaciones sobre lo que más tarde se llamó el sistema heliocéntrico o copernicano. Degradó la Tierra, calificándola como un simple planeta que orbita alrededor del Sol. Este importante cambio introdujo una explicación muchísimo más simple para los movimientos observados de los planetas, a costa del rechazo de la sensación intuitiva de que la Tierra no se movía.

Nicolás Copérnico; polaco de origen, nacido en Torún en 1473, educado en Polonia e Italia, era un canónigo y hombre de mucha cultura, sabía cómo la Iglesia acogería sus heréticas afirmaciones. Recién el día de su muerte pudo recibir y tener en sus manos el primer ejemplar de su obra titulada «Sobre las Rotaciones de los Cuerpos Celestes». Es indudable que la inmensa mayoría no comprendió lo que el gran hombre había escrito, en parte por falta de imaginación y en parte por desconocimiento de las nociones matemáticas por él empleadas. La postulación copernicana era bien clara: “El centro del universo no es la, Tierra, es el Sol, el astro rey, y alrededor suyo giran los planetas, algunos de los cuales, al igual que la Tierra, tienen sus propios satélites”.

Copérnico, en el sistema que propuso para explicar el movimiento de los planetas, considera al Sol el centro del sistema, con todos los planetas girando a su alrededor, la Tierra también la considera un planeta que gira en torno de un eje en 24 horas y se traslada en torno al Sol en un año. Este modelo de universo se conoce como el «sistema heliocéntrico», por tener el Sol como centro. No difiere en concepción al propuesto antes por Aristarco de Samo, pero Copérnico no tan sólo propone la idea, sino que elaboró totalmente el modelo matemático para describir los movimientos planetarios basado en un sistema heliocéntrico. Con Copérnico las llamadas estrellas fijas dejan de tener que girar en tomo a la Tierra en 24 horas. Básicamente, Copérnico en la construcción de su sistema traslada toda la descripción del universo y sus movimientos, de la Tierra al Sol. La esfera última de las estrellas fijas marca el límite del mundo al igual como se fija en el geocentrismo cosmológico. La gran diferencia que se establece entre el modelo geocéntrico y el que propugnó Copérnico radica en la recreación que hacen cada uno de ellos del movimiento de los planetas. Si nos referimos al sistema cosmológico de Ptolomeo, vemos que éste introduce todo un conjunto de epiciclos mayores y menores, además de los deferentes; Copérnico, por su cuenta, elimina los epiciclos mayores para explicar el fenómeno de la retrogradación. El movimiento característico o bucle de un planeta es tan sólo aparente, su trayectoria cambia de dirección por efecto del movimiento de la Tierra en su traslación alrededor del Sol.

En el caso de los planetas exteriores, sus movimientos de traslación orbital alrededor del Sol les ocupa un período de tiempo menor al que emplea la Tierra en efectuar su propio recorrido sobre su órbita; en consecuencia, ésta se adelanta en el movimiento con respecto a los planetas externos y observará a los mismos formando bucles. Por el contrario, al tratarse de planetas interiores, éstos poseen un período más corto de traslación alrededor del Sol que el que ocupa la Tierra; los planetas se adelantan al movimiento de la Tierra y, observados contra el fondo estelar, entonces formarán los característicos bucles. Copérnico describe a las órbitas planetarias como circulares y, seguramente lo hizo así, debido a que consideraba en su pensamiento que el círculo era la más perfecta de las figuras. Con igual ortodoxia pitagórica admitió la esfericidad de la Tierra que profesaran ya los griegos, la esfericidad de todos los planetas – lo que en realidad no podía saber, ya que carecía de telescopio -, y por último, la esfericidad de todo el conjunto del universo, cosa que aún no hemos podido constatar.

Una vez que Copérnico logró alcanzar una descripción satisfactoria sobre la rotación de la Tierra, y llevadas la puesta y salida de Sol, la Luna y los astros hacia una razón objetiva, se enfrentó a examinar los fenómenos engendrados por la traslación anual de la Tierra que efectúa alrededor del Sol. Esto debería reflejarse en un aparente cambio posicional de las estrellas fijas: fenómeno que nunca fue observado por Copérnico ni por ninguno de sus predecesores. Mas, la intuición de su sagaz cerebro penetró el mutismo de los hechos. Si somos incapaces – explicó – de reconocer el reflejo de la traslación de la Tierra sobre la esfera de las estrellas fijas, es porque ellas están enormemente lejos; vista la órbita terrestre desde tal distancia, parecería casi un punto sin dimensiones. En efecto, se debió algo más de tres siglos después de Copérnico para que los instrumentos otorgaran la posibilidad de descubrir el desplazamiento paraláctico de las estrellas, ya que las enormes distancias a que se encuentran desde la Tierra las hacía inaccesibles a los instrumentos ópticos hasta casi los finales del siglo XIX.

El modelo matemático de Copérnico es algo más preciso que el de Ptolomeo pero, dado que Copérnico no era un destacado observador, las observaciones en que basa su teoría están tomadas en gran parte del propio Ptolomeo. Así el libro de Copérnico no significó un aumento importante en la precisión con que se podían calcular las posiciones del Sol, la Luna y los planetas. El modelo de Copérnico es más simple desde el punto de vista matemático y por ser una descripción correcta fue mucho más fecundo. Sin embargo, no fue de muy rápida adopción. Las razones para ello fueron a lo menos de dos tipos: por una parte el sistema de Copérnico parecía contradecir las Sagradas Escrituras si se las tomaba literalmente y, por otra parte, estaba en desacuerdo con la física de Aristóteles que era el marco de razonamiento de los filósofos de la época. En particular, dentro de la física aristotélica no existía el concepto de inercia, razón por la cual muchos dijeron que era imposible que la Tierra girase en 24 horas porque significa que un punto en el ecuador terrestre se mueve con una velocidad cercana a los 2.000 kilómetros por hora. Argumentaban que seríamos arrojados por los aires, que habría vientos huracanados permanentes, pues el aire se quedaría atrás produciendo grandes vendavales, etc. Por lo tanto muchos de los que no adhirieron al sistema copernicano lo hicieron basándose en argumentos científicos (errados por cierto, pero esa era la ciencia de la época) y no en argumentos teológicos.

Sin embargo, Copérnico no pudo desentenderse de muchas de las venerables características de la visión aristotélica. Las órbitas planetarias seguían compuestas de círculos perfectos, como dignos cuerpos celestiales. Y, a pesar de que la Tierra fue despojada de su ubicación central, nuestro Sol tomó su lugar cerca del centro del universo.

El universo aun era una creación exclusiva para los seres humanos. Tal como afirmó el gran astrónomo alemán Johannes Kepler a finales del siglo XVI, nuestro propio Sol era la estrella más luminosa en el cosmos, pues “si en el cielo existen esferas similares a nuestra Tierra, ¿rivalizamos con ellas acerca de quién ocupa una mejor parte del universo? Si sus esferas son más importantes, nosotros no somos las criaturas racionales más nobles. Entonces, ¿cómo pueden ser todas las cosas por el bien del hombre? ¿Cómo podemos ser los dueños de la obra de Dios?” El universo de Copérnico aun se encontraba limitado por una única capa externa formada por las estrellas. Al igual que Aristóteles, Copérnico también creyó que las estrellas estaban fijas y no cambiaban. Explicó su idea al respecto de la siguiente manera: “El estado de inmovilidad es considerado como más noble y divino que el de cambio e inestabilidad, el que por esa razón debiera pertenecer a la Tierra y no al universo”. Como Aristóteles, Copérnico pensaba que los fenómenos terrestres correspondían a un conjunto de leyes, y que los cuerpos celestiales “divinos” se regían por códigos distintos.

Pero en el mismo siglo XVI, finalmente las estrellas fueron liberadas de sus esferas cristalinas y esparcidas por el espacio. En efecto, el astrónomo británico Thomas Digges, discípulo de Copérnico, en el año 1576, publicó bajo el título «Una descripción perfecta de las orbes celestiales», la idea de que las estrellas no estaban sujetas a esfera alguna y que, además, se encontraban esparcidas a lo largo y ancho de la «gran esfera celeste». Esta publicación de Digges provocó un efecto inmensamente liberador en el pensamiento cosmológico. A contar de entonces, las estrellas empezaron a ser consideradas objetos físicos; estarían regidas por las mismas leyes físicas que conocemos para la Tierra.

Ahora, el reemplazo definitivo de la teoría geocéntrica por la heliocéntrica sólo vino hacia fines del siglo XVII, gracias a los trabajos fundamentales de Tycho Brahe, Kepler, Galileo y Newton.

En la vida hay acontecimientos imprevistos que no sólo pueden decidir el destino que los humanos pueden escoger, sino que también a veces esas decisiones pueden llegar a representar una parte del futuro evolutivo de la ciencia. Es el caso de Tycho Brahe, ya que un acontecimiento imprevisto, la aparición en noviembre de 1572 de una nueva estrella en la constelación de Casiopea (La Reina de Etiopía), puso término a su vacilación entre focalizar sus inquietudes investigadoras tras descubrimientos alquimísticos o consagrarse al culto de Urania, la musa de la astronomía y de la geometría. La aparición de esa nueva estrella en el cielo fue la que definió su vocación con claridad.

La brillante nova, una supernova hasta hoy en día la más notable en la historia de esos enigmáticos astros, permaneció visible durante dieciocho meses, y fue observada por Tycho que midió su distancia angular con respecto a las estrellas vecinas, ayudado por un gigantesco y exacto sextante de su propia fabricación e inventiva. Hasta esa fecha, jamás antes el cielo había sido observado con un instrumento de esa exactitud. Las observaciones que pudo realizar Tycho con su famoso sextante lo llevaron a colocar la fulgurante nova en la región de las estrellas fijas, región que, según el modelo geocéntrico y también el de Copérnico, debería estar en perpetua inmutabilidad, sin ofrecer ocasión a ningún cambio físico. Pero, la nueva estrella –primero tan brillante como Venus, después debilitando su resplandor, para finalmente desaparecer– evidenciaba que las zonas superiores del cielo, aquella de la esfera fronteriza, daba lugar a que se produjeran fenómenos cuyas observancias, en esa época, coadyuvaron al aceleramiento del derrumbe teórico del modelo cosmológico geocéntrista que aún imperaba por aquellos años.

En los trabajos de observación que realizó Tycho Brahe, también se dio cuenta que para poder perfeccionar el modelo matemático que describe el movimiento de los planetas en torno al Sol era necesario disponer de observaciones muy precisas de los planetas. Tycho observó el planeta Marte, por veinte años. Hacia fines de su vida fue matemático imperial de Rodolfo II en Praga. Mientras tanto un joven y talentoso matemático alemán llamado Johannes Kepler, cuya vista no le permitía, por haber sufrido viruelas en su niñez, asomarse a un telescopio (que tampoco habría podido adquirir dada su extrema pobreza), y que había adherido a la doctrina copernicana, escribe en 1596 un pequeño libro llamado Misterio Cosmográfico. Kepler envía una copia de su libro a Tycho en Praga quien reconoce el talento de su autor y lo invita a trabajar como su ayudante. Al morir Tycho, Kepler heredó el puesto de Matemático Imperial, y sus valiosas observaciones del planeta Marte, llegando a deducir la forma de su órbita. Después de innumerables tanteos y de interminables cálculos realizados durante muchos años, llegó a colegir sus famosas tres leyes del movimiento planetario. Kepler es el gran legislador del sistema planetario: escribe las leyes del tránsito en el sistema solar.

LEYES DE KEPLER
En 1609 Kepler publica su libro titulado «Astronomía Nova», donde da a conocer las dos primeras leyes del movimiento planetario.

PRIMERA LEY: Las órbitas de los planetas son planas. El Sol está en el plano de la órbita. La trayectoria del planeta respecto del Sol es una elipse de la cual el Sol ocupa uno de los focos.

Una elipse es una curva cerrada, simétrica respecto de dos ejes perpendiculares entre sí, con dos focos o puntos fijos (F1 y F2), cuyas distancias tomada desde la curva permanece constante.

SEGUNDA LEY: El radio vector que une al Sol y el planeta barre áreas iguales en tiempos iguales.
La segunda ley de Kepler, conocida como ley de las áreas determina que la distancia en que se encuentre con respecto al Sol un planeta genera cambios en la energías potencial y cinética de éste; o sea, un planeta se mueve más rápidamente en su perihelio que en su afelio. Mientras más excéntrica sea la órbita, o sea, con curvas más cerradas, mayor será la diferencia de velocidad en ambos extremos de la órbita.

TERCERA LEY: Kepler publica en 1619 su tercera ley del movimiento planetario que se puede enunciar de la siguiente manera:
Los cuadrados de los períodos de revolución en torno al Sol son proporcionales a los cubos de los semiejes mayores de las órbitas.

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Nota: La constante k es sólo para el Sol. La constante k para la Tierra es 1,02 x 1013m3/s2.

Se llama eje mayor de una elipse a su mayor diámetro; semieje mayor a la mitad del eje mayor. La tercera ley de Kepler, conocida como ley armónica, dice que la velocidad media con que un planeta recorre su órbita disminuye a medida que el planeta está más y más lejos del Sol. La tercera ley de Kepler muestra que la “influencia” que el Sol ejerce sobre los planetas disminuye con la distancia. ¿De qué forma exactamente? Kepler trató de encontrar una respuesta a esa pregunta pero no lo logró. Es muy posible que hubiese requerido para ello una evolución más avanzada de la física.
Kepler, en el trabajo de sus tres leyes, demostró que todos los planetas se mueven en órbitas elípticas, que pueden ser descritas con detalle mediante simples reglas matemáticas que pasaron a ser llamadas las «leyes de Kepler». En sus famosas «Tablas Rudolfinas», compiló los resultados obtenidos a partir de las observaciones de Tycho Brahe y sus propias teorías. Kepler también fue acusado de herejía; sin embargo, con la perspectiva de los años, podemos apreciar que sus planteamientos fueron los primeros en mostrar, científicamente, la grandeza y la ordenación matemática y geométrica de la Creación. También, y pese a su ceguera, Kepler hizo importantes contribuciones al desarrollo de la óptica.

F. L. Boschke* dice: “Lo que más fascinaba a Kepler eran los movimientos de los planetas alrededor de nuestro Sol. El goce que le inspiraba la observación de su orden maravilloso, probablemente fue lo que le confirió las fuerzas necesarias para sobrellevar su destino. Parecíale que en ello se manifestaban las formas precisas de una divina geometría. La creación se le ofrecía en toda su belleza y parecíale existir de eternidad en eternidad.”

Con las leyes keplerianas se empezó a circunscribir el universo en un marco científico que luego ampliaría sus horizontes al comprobarse la existencia de movimientos relativos independientes del Sol respecto a los demás cuerpos celestes.

Para comprender lo fragoso del camino seguido por estos grandes hombres inteligentes y la lucha mantenida con ellos mismos y con el entorno de la época, me parece necesario mencionar que Brahe, si bien aceptó la teoría copernicana, lo hizo sólo a medias, cuidando de no herir sus propias creencias religiosas ni contradecir las Escrituras. Sus contribuciones más importantes se refieren a la observación de la supernova que anteriormente hemos mencionado, y cuya descripción la relata en su obra «De Nova Stella»; a la interpretación de los cometas, y a las posiciones del Sol, la Luna y los planetas, particularmente el planeta Marte. Con respecto a la última contribución señalada, en ella acepta la rotación de los planetas alrededor del Sol, pero la Tierra seguía siendo, según sus esquemas, el centro alrededor del cual el conjunto Sol-planetas giraba.

Mientras Kepler desentrañaba los misterios del cosmos el genial Galileo Galilei, nuestro gran conocido, más que todo por la tragedia que le correspondió vivir y por el símbolo que representa en la lucha por el conocimiento científico, se preocupaba en Italia de construir una nueva física. Con Galileo comienza la física como ciencia. Abandona los trabajos especulativos acerca de los porqué, concentrándose en el cómo ocurren los fenómenos físicos. Galileo adhirió fervorosamente, y según algunos amigos suyos con demasiada ostentación, a las ideas de Copérnico y agregó pruebas irredargüibles a sus verdades. Sin embargo, no se tiene conocimiento de que Galileo haya tenido la ocasión de conocer el trabajo de Digges, ya que en el siglo XVII, siguió subsistiendo la creencia en que la bóveda celeste estaba constituida por un complicado e inexplicable sistema de esferas giratorias. Las estrellas eran la luz del infinito proyectada a través de perforaciones existentes en tales esferas, lo cual muestra cuán vagas e incompletas eran todavía las ideas en discusión y cómo los prejuicios y el sometimiento a los cánones religiosos habían hecho perder a la inteligencia su capacidad de vuelo.

Galileo Galilei, con un modesto telescopio de su propia invención y fabricación, en 1609 observó las manchas solares y las fases de Venus, pruebas definitivas de la movilidad e «imperfección» de los viandantes del espacio. La observación de las fases de Venus (estrella de la tarde) y de los satélites de Júpiter destruyó la creencia aristotélica en la inmutabilidad de las esferas planetarias y sus recorridos y señaló la existencia de otros sistemas semejantes a la Tierra y su Luna, con una familia más numerosa que giraba alrededor de él.

También Galileo realizó una serie de trascendentales experimentos que demostraban que en ausencia de la resistencia del aire todos los cuerpos que caen, independientemente de su tamaño o de su peso, se comportan de forma idéntica. Aceleran -es decir, su velocidad cambia- a un ritmo constante y estandarizado.

A pesar de que la teoría de Copérnico había sido proscrita oficialmente, Galileo publicó en 1632 sus diálogos, después de vencer múltiples dificultades y apelando siempre a su socorrida frase que en muchas ocasiones con ella logró acallar a sus enemigos: “Decidnos cómo se va al cielo, y dejad que os digamos como ‘marcha’ el cielo”. No obstante haber ascendido al Solio Pontificio su muy amigo y científico Urbano VIII, fue obligado por el Tribunal del Santo Oficio a retractarse y, aun cuando salió con vida del proceso, debió permanecer en confinamiento solitario en su villa de Arcetri, en las afueras de Florencia, hasta su muerte permanentemente vigilado. En los últimos años de su vida escribió allí su genial tratado sobre física, en el cual establece las bases de la ciencia moderna.

Ahora bien, en el año 1572, el astrónomo danés Tycho Brahe observó una supernova en la constelación de Cassiopeia y, en 1604, el alemán Johannes Kepler observó la última supernova vista en nuestra galaxia. Durante el siglo xx se han estudiado un gran número de supernovas en galaxias lejanas, la gran mayoría de las cuales son de un brillo aparente muy pequeño. En febrero de 1987 se descubrió una supernova en la Gran Nube de Magallanes, cuyo brillo aparente supera a todas las observadas desde 1604.

Tal como ya lo señalamos, en la explosión de una estrella como supernova los elementos químicos pesados que se han formado en el interior de la estrella son arrojados violentamente al espacio, contaminando el espacio interestelar. La próxima generación de estrellas que se forme a partir de esa nube contaminada tendrá trazas de carbono, oxígeno, nitrógeno, etc. Las nubes interestelares contenían inicialmente sólo hidrógeno y helio, los elementos pesados fueron todos fabricados en las estrellas y arrojados al espacio por las supernovas. Después de varias generaciones de estrellas hace 4 mil 600 millones de años, una nube interestelar dio origen al Sol y en el proceso se formó la Tierra; luego surgió la vida; después el hombre. Los átomos de carbono, oxígeno, nitrógeno que forman el organismo de cada ser humano, el calcio de sus huesos lector, el hierro de sus glóbulos rojos, fue fabricado en el interior de una estrella y llegó a la nebulosa solar por medio de una supernova. Todos, absolutamente todos los átomos que componen su cuerpo (y el mío) tienen más de 4 mil 600 millones de años. Los átomos de hidrógeno tienen 18 mil millones de años; los átomos de elementos más pesados tienen una edad menor que 18 mil millones de años, pero mayor que 4.600 millones. Uno tiene como organización la edad que se cuenta desde el nacimiento, pero todos los ladrillos que componen nuestro cuerpo, los átomos de nuestras células, tienen una antigüedad mucho mayor. Estamos hechos de polvo de estrellas, polvo de supernovas para ser más precisos.

Ahora, y continuando la descripción de nuestro jardín cósmico, imaginémonos que salimos del sistema solar, que salimos de la Vía Láctea, y miramos como la mujer de Lot, hacia atrás. ¿Qué contemplaríamos? Simplemente un paraje impresionante. Veríamos primero, dentro de la configuración discoidal de nuestra galaxia, los grandes y bellos brazos espirales, que contienen estrellas nuevas (como nuestro Sol) y cantidades enormes de polvo y gas interestelares. Más lejos, contemplaríamos a los brazos semejantes a unos tentáculos de un pulpo, retorciéndose y abrazando una “protuberancia central”, de forma toscamente esférica, compuesta de estrellas más viejas y que alberga en su núcleo la cerca de inconmensurable energía que ya casi estamos seguro que proviene de la presencia ahí, justo en ese lugar, de un simpático y grandote agujero negro. Y, por último, si mirásemos por encima y por debajo del plano del disco, veríamos lo que llamamos el “halo” de la galaxia, inmenso, por lo menos como el disco y de forma más o menos esférica compuesto por unos cien “cúmulos globulares”, difusamente distribuidos, de ancianas estrellas, unidas gravitatoriamente entre sí y orbitando la propia galaxia. Pero, eso que observaríamos no lo es todo lo que hay en ese nuestro hábitat galáctico, ya que estaríamos viendo tan sólo una parte de nuestra galaxia correspondiente al espacio que nos es visible. También hay otros elementos invisibles. Radiación infrarroja, rayos X, campos magnéticos y partículas subatómicas y, quizás, cuanto más. Sabemos ya que la galaxia está rodeada de una corona de gas caliente y contamos con más de una evidencia dura como para tener la seria sospecha de que la mayor parte de la masa de una galaxia puede ser materia oscura, o sea, no bariónica o, dicho de otra forma, sin estrellas visibles y gas. En buenas formas, nuestra queridísima galaxia es una entidad dinámica compleja que estamos empezando a comprender.

Ahora bien, si contempláramos nuestra galaxia desde una perspectiva más amplia aún y más alejada, veríamos que está adornada de galaxias satélite más pequeñas -las siete “galaxias enanas” y Leo I y II, otras galaxias pequeñas- que orbitan a su alrededor. Además de estas galaxias enanas, con escasas estrellas y más o menos esféricas morfológicamente, veríamos cerca las sureñas Nubes de Magallanes, la grande y la pequeña, que son pequeñas galaxias de forma irregular. La Gran Nube de Magallanes se está partiendo debido a la marea gravitatoria que resulta de su proximidad con nuestra galaxia. Prueba de ello es la existencia de la “corriente magallánica”, una gigantesca corriente de gas que une nuestra galaxia con la gran nube magallánica.

Si abarcásemos un volumen aún mayor, veríamos a nuestra galaxia vecina Andrómeda, otra galaxia espiral similar a la Vía Láctea, orbitada por su propio grupo de galaxias satélites más pequeñas. Hay otras galaxias en nuestro grupo local, todas ellas en los arrabales de un cúmulo discoidal de galaxias: la “Supergalaxia Virgo”. El cúmulo de Virgo es sólo uno de los muchos grupos de galaxias de este tipo. Los cúmulos de galaxias tienden a agruparse en lo que se denomina supercúmulos. En el universo visible hay, por lo menos, un centenar de miles de millones de galaxias, un número que escapa a nuestros hábitos de comprensión cotidianos o domésticos.

La naturaleza ha sido generosa con los investigadores y estudiosos del cosmos, especialmente a aquellos que son observadores, les ha proporcionado gran cantidad de estrellas y galaxias distintas en todas las etapas de su existencia para que puedan contemplarlas. Gracias a esa abundancia, los astrónomos han podido captar un sinnúmero de impresiones, las cuales le han permitido a los físicos recomponer la imagen de un universo dinámico, siguiendo la vida de las estrellas y la evolución de la galaxias, aunque en el breve período de una vida humana no puedan detectarse cambios en ellas.

Y si la naturaleza ha sido generosa al ofrecernos tal variedad de estrellas y galaxias, lo ha sido aún más en la asignación de espacio. Hasta los astrónomos se asombran del tamaño del universo cuando se detienen a reflexionar sobre el significado de las distancias que calculan. Pese a su enorme número, las estrellas no están amontonadas, dada la inmensidad del espacio que las rodea. Si redujésemos el Sol al tamaño de un poroto o judía, la estrella más próxima a él, Próxima Centauri, la compañera binaria de Alfa Centauri, quedaría a 140 kilómetros de distancia, y su vecina más próxima, la estrella de Barnard, estaría situada a unos 190 kilómetros. Eso deja mucho espacio por medio. Por el contrario, si toda nuestra galaxia, la Vía Láctea, se redujese al tamaño de un poroto, su vecina más próxima, Andrómeda, estaría a sólo diez centímetros. Es aún bastante espacio, pero las galaxias chocan de cuando en cuando y de vez en vez, sobre todo en los cúmulos densos como el de Coma, donde están más apiñadas.
El jardín cósmico que comprende el universo es mucho mayor de lo que escala humana es imaginable. Los nuevos y exóticos objetos siderales descubiertos últimamente por los astrónomos han sido excelentes agentes promotores para maxificar la necesaria capacidad de asombro de los científicos. Nadie, creo yo, que en el pasado se imaginaba lo extraño que es realmente como se nos presenta el universo con los actuales adelantos tecnológicos y teóricos. La conmoción no ha estado ajena en el “yo” del hombre de ciencia contemporáneo cuando se ha visto impactado y conmovido por el magno escenario que hoy se ha podido visualizar en el limitado muestreo que se capta en el cielo de la maravilla del universo. Como progenies científicos de antecesores de disciplinas asimiles, ello les ha permitido ampliar sus conocimientos hasta los límites del espacio y del tiempo creando, con ello, una nueva visión de la realidad.

Los científicos abordan hoy el universo como un enigma para cuya solución cuentan con pistas dispersas. Pese a su complejidad extrema, muchos creen que algún día lo solucionarán. Ese día quizás esté más cerca de lo que muchos creen.

Fuente http://www.astrocosmo.cl

Documental Universo de Hawking – Los orígenes

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