1. La Cultura Griega: El Nacimiento del Pensamiento Científico
Aristóteles: filósofo griego considerado durante cientos de años como el referente máximo del saber, imaginó un universo geocéntrico donde la Tierra se encontraba en el centro y el Sol, la Luna y los planetas giraban a su alrededor.
Aristarco de Samos: científico jónico que estableció por primera vez el modelo del universo heliocéntrico. Afirmó que el Sol era mucho mayor que la Tierra y que esta, junto a los demás planetas, giraba a su alrededor.
Eratóstenes: realizó mediciones bastante aproximadas para establecer la esfericidad de la Tierra y calcular con gran precisión el perímetro y el radio terrestre.
Ptolomeo: consagró el modelo geocéntrico como un instrumento matemático que permitía predecir el movimiento aparente de los planetas. Durante toda la Edad Media se mantuvo la hipótesis geocéntrica, ya que fue muy bien aceptada por los poderes eclesiásticos, pues era coherente que las criaturas creadas por Dios habitaran el planeta Tierra, situado en el centro del universo.
Copérnico: tuvo el coraje de negar la aparente evidencia de que el Sol sale por el este y se pone por el oeste. Propuso el modelo heliocéntrico y devolvió al Sol su posición central, de manera que la Tierra era uno más de los planetas que giraban a su alrededor. Por miedo a que lo mataran, mantuvo el secreto hasta el final de su vida.
Kepler: descubrió que las órbitas de los planetas no eran circulares, sino elípticas. Su obra fue prohibida por la Iglesia.
Galileo: construyó el primer telescopio, que dio luz a más de mil años de oscuridad. Descubrió las cuatro lunas de Júpiter que orbitaban a su alrededor, elaboró cálculos geométricos y razonamientos matemáticos que establecieron los fundamentos del método científico como única forma válida de investigación. Desafió al conocimiento tradicional y al poder eclesiástico y estuvo a punto de ir a la hoguera. Fue obligado a negar sus ideas públicamente y permaneció en un arresto domiciliario. En 1992, la Iglesia Católica pidió perdón y lo rehabilitó.
Newton: explicó la causa del movimiento de los astros orbitando alrededor del Sol mediante su teoría de la gravitación universal.
2. Cosmología Moderna
La cosmología es una parte de la astronomía que estudia la estructura, el origen y el desarrollo de la totalidad del universo. La astronomía es la ciencia que estudia los astros componentes del universo a partir de la información que nos proporciona la radiación electromagnética que nos llega de ellos: luz visible, infrarrojos…
La astrofísica es una parte de la astronomía que aplica las leyes de la física para estudiar la naturaleza de los astros y su comportamiento.
2.1 Modelo del Universo Estático e Infinito
Albert Einstein expuso la teoría de la relatividad general, que proporcionó la descripción matemática más completa del universo hasta entonces. Sus ecuaciones predecían un modelo del universo en expansión, pero la idea que tenía era tan fuerte que introdujo en ellas un factor para obligar a su modelo a permanecer estático.
2.2 Modelo del Universo Dinámico y Finito: El Big Bang
Hubble demostró experimentalmente que las galaxias se alejan unas de otras y que el universo está en expansión. Eso significa que, en el momento inicial, todas las galaxias estaban juntas y que, por tanto, el universo tuvo origen. La gran explosión propone que el universo es dinámico y finito y se creó en una explosión a partir de un punto inmaterial infinitamente denso y caliente, hace unos 13,700 millones de años, y desde entonces no ha cesado de expandirse una energía enigmática e invisible llamada energía oscura.
3. La Expansión del Universo
La ley de Hubble establece que la velocidad de alejamiento de una galaxia es directamente proporcional a su distancia.
4. El Big Bang: La Gran Explosión
El modelo Big Bang deduce que en el instante de T=0, hace unos 13,700 millones de años, toda la materia del universo, las cuatro fuerzas que actúan sobre ella (la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la débil) se encontraban bajo la forma de una singularidad: un punto inmaterial infinitamente denso y caliente de grado nulo, en unas condiciones tan extremas que las leyes de la física actual tienen grandes dificultades para describir.
4.1 La Cuenta Atrás: El Amanecer del Tiempo
En medio de la nada más absoluta se produjo una gran explosión, el Big Bang, que generó una minúscula mota de luz radiante infinitamente caliente y en su interior nació el espacio y, con él, el tic-tac del primer amanecer del tiempo. De este momento se formó el universo. La energía de la nada era tan intensa en los primeros instantes del universo que espontáneamente se convertía en partículas minúsculas de materia llamadas quarks y leptones. Conforme el espacio y el tiempo se expandieron, la materia primordial se enfrió y generó inmensas nubes de hidrógeno y helio, a partir de las cuales se formaron las galaxias. Hizo su aparición una materia desconocida, la materia oscura.
5. Recreación del Universo Infinito
5.1 Era de Planck: El Primer Instante
A la era de Planck, hasta los 10-43 segundos después del Big Bang, se le ha llamado la frontera de la física porque hasta el momento no existe ninguna teoría que permita describir con exactitud las características y las propiedades de este instante fugaz. Se supone que en la era de Planck la temperatura y la densidad eran tan altas que las cuatro fuerzas que rigen el comportamiento de todas las partículas elementales estaban agrupadas en una única superfuerza, la electronuclear gravitatoria, y toda la materia se hallaba bajo la forma de energía.
5.2 Era de la Gran Unificación
Entre los 10-43 y los 10-35 segundos, se separó la fuerza de la gravedad de las tres fuerzas restantes, que permanecían unidas bajo la forma de la gran fuerza unificada.
5.3 Era de la Inflación
La expansión del espacio-tiempo y el enfriamiento permitieron la separación de la fuerza nuclear fuerte. Esta separación desprendió una inmensa cantidad de energía que provocó una etapa de inflación en la que el universo incrementó su tamaño cien octillones de veces. Según la teoría de la inflación, el crecimiento desmesurado e instantáneo fue la causa de que unas regiones crecieran algo más rápidamente que otras.
5.4 Era Electrodébil
Cuando el universo solo transcurrió 1 cienmillonésima de yoctosegundo y el universo tenía una temperatura de 1027 K, los fotones se materializaban y daban lugar a pares de partículas de materia y antimateria. Así se formaron los quarks y los antiquarks.
LHC: es un anillo de 27 km de longitud que se encuentra alojado en un túnel circular a 100 metros bajo tierra. Su misión es acelerar y colisionar protones y utilizar la energía de las colisiones para calentar la materia hasta alcanzar la temperatura que tenía el universo un microsegundo después del Big Bang. Entre sus metas está encontrar el gravitón y el bosón de Higgs, comprender la naturaleza de la materia oscura y crear miniagujeros negros que permitan comprobar la existencia de espacios multidimensionales.
5.5 Era Hadrónica
A los 10-6 segundos del Big Bang, el universo se había enfriado lo suficiente para que la fuerza nuclear fuerte actuase sobre los quarks y permitiera la aparición de asociaciones estables, que dieron lugar a la formación de partículas hadrónicas.
5.6 Era Leptónica
La temperatura de este horno gigantesco ya no permitía formar más quarks, pero todavía tenía la temperatura suficiente para que la energía de la radiación fotónica se materializase en pares de partículas de menor masa: leptones-antileptones.
5.7 Era de la Nucleosíntesis
Cuando el universo tenía 1 segundo de edad, la temperatura alcanzó un valor suficientemente bajo como para permitir la unión entre protones y neutrones y, en apenas 3 minutos, se formaron núcleos de hidrógeno y helio.
5.8 Era de los Átomos y de la Radiación
Unos 300,000 años después del Big Bang, la temperatura había alcanzado los 2700 ºC y había disminuido lo bastante como para permitir que la fuerza electromagnética actuase e hiciese posible la asociación estable entre los núcleos.
5.9 Era de las Galaxias
El universo tenía un millón de años y se extiende hasta el momento actual. El universo se hizo transparente a la radiación en el momento en que la materia se organizó en átomos de hidrógeno, helio y litio, que formaron una inmensa nebulosa primordial a partir de la cual se formaron las galaxias por un mecanismo de inestabilidad gravitatoria.
Materia oscura: es todo aquello que no se puede observar por ningún medio técnico actual.
6. Estructura del Universo
Las galaxias son enormes acumulaciones de materia en forma de polvo cósmico, nebulosas y estrellas. La Vía Láctea es una galaxia espiral que contiene nebulosas, polvo cósmico y entre 100,000 y 300,000 millones de estrellas, en uno de los cuyos brazos se encuentran el Sol, la Tierra y los demás planetas del sistema solar.
- (1) Bulbo: formado por viejas estrellas y tal vez con un agujero negro en su centro.
- (2) Disco: de forma achatada, contiene polvo cósmico, estrellas más jóvenes y nebulosas, distribuidas en cinco brazos principales: el Perseo, Orión (donde estamos), el Sagitario, el Centauro y el Cisne.
- (3) Halo: tiene forma esférica y contiene viejas estrellas agrupadas en cúmulos globulares y algunas estrellas aisladas.
Las nebulosas son nubes gaseosas de hidrógeno, helio, elementos químicos pesados en forma de polvo cósmico y cierta cantidad de compuestos orgánicos. Ejemplo: nebulosa del Cangrejo.
Las estrellas son enormes esferas gaseosas de hidrógeno y helio. Los gases están tan calientes y a elevadas temperaturas que convierten el interior de las estrellas en una bomba, pero la bomba no explota, sino que permite que la estrella dé gran cantidad de energía.
Protoestrella: cuando una nebulosa comienza a derrumbarse y se fragmenta en glóbulos más pequeños.
Gigante roja: es una estrella de masa baja que, tras haber consumido su hidrógeno en su núcleo, comienza a quemar hidrógeno y hace que la estrella sea más grande y se enfríe su superficie.
Enana blanca: cuando una estrella pierde su combustible nuclear.