1K Responsables: Javier Horacio Castillo Salas (3-363-256) Mynor Gerardo Delgado Castro (2-493-672)
Julio, 2 015
Introducción
Este proyecto se lleva a cabo en el marco del curso de Física Moderna de la Universidad Estatal a Distancia, en el II cuatrimestre del 2 015, se realiza con la técnica didáctica de trabajo colaborativo y tiene como objetivo primordial caracterizar el origen y la expansión del Universo.
Para alcanzar este objetivo, primero se plantea el desarrollo histórico de la teoría geocéntrica hasta llegar a la heliocéntrica. Luego se delinea la evolución de la cosmovisión que tuvo la humanidad desde la Edad Antigua con la Teoría Cosmocéntrica, luego se habla un poco de la Edad Media y su visión Teocéntrica y finalmente en la Edad Moderna, con su cosmovisión Antropocéntrica.
En la evolución del pensamiento y concepción del Universo se detallan algunas teorías, entre las más importantes se detallan la del Estado Estacionario, la del Universo Cerrado y Abierto, la teoría del Universo Pulsante, la Inflacionaria, la de la Creación Divina, la Teoría de Cuerdas y la Teoría de la Nada de Stephen Hawkings.
Posteriormente se detalla la Teoría del Big Bang, se le dedica todo un apartado por serla teoría más aceptada científicamente, por tener evidencias como la radiación de fondo, luego se caracteriza la expansión del Universo, según Hubble y las posibilidades de expansión según las hipótesis de la forma del Universo mismo.
Finalmente, se detalla un apartado para la tecnología espacial, ya que sin ésta no sería posible el análisis que se puede hacer del Universo, se denotan la importancia, evolución y características de algunas propiedades de los telescopios espaciales.
Primeras concepciones del Universo
del geocentrismo al heliocentrismo
Teoría geocéntrica
Ptolomeo
Ptolomeo fue el primer filósofo en hablar sobre
nuestro lugar en el Universo desde un punto de vista científico. Él establece
que la Tierra es el centro del Universo, los planetas y estrellas siguen
trayectorias en forma de círculos alrededor del planeta azul. Cuando esta
teoría no concordaba con las observaciones de otros, creía que correspondía a otro
círculo dentro del círculo de la primera trayectoria y así seguía aumentando la
cantidad de círculos dentro de círculos para ajustar la teoría a la realidad. A
esta teoría se le llamó Epiciclos. Claudio Ptolomeo publicó un libro Almagesto,
en el que planteó la idea de que la Tierra está en reposo en el centro del
Universo, y que la Luna, el Sol, los planetas conocidos entonces, y todas las
estrellas, giran alrededor de ella describiendo órbitas circulares, al interior
de esferas.
Modelo Geocéntrico
Otro precursor de esta
teoría fue Aristóteles filósofo y científico griego, que postuló que todos los
astros giran en torno a la Tierra, en esferas concéntricas, basado en las ideas
de Aristóteles, otros astrónomos los pueblos de la antigüedad asociaban los
cambios de posición del Sol con la sucesión de las estaciones, y crearon diferentes
calendarios: el babilónico, el egipcio, el maya, el inca, y el romano.
Se puede observar el siguiente video para complementar la información brindada
Teoría heliocéntrica
El modelo
heliocéntrico del Universo, fue propuesto por Aristarco de Samos debido a
deducciones a través de métodos matemáticos, pero sus ideas no prevalecieron.
Más tarde, durante el Renacimiento, el astrónomo polaco Nicolás Copérnico
planteó la idea de que el Sol se encuentra inmóvil en el centro del Universo,
que la Tierra y demás cuerpos celestes giran a su alrededor, lo que explicaba
el movimiento irregular de los planetas en el firmamento. Si bien esta teoría
fue desarrollada en los primeros años del siglo XVI, fue divulgada años más
tarde, debido a que Copérnico dudó en publicar sus ideas por temor a la
comunidad científica y religiosa, que castigaba cualquier postulado que no
coincidiera con el pensamiento religioso de la época.
Se recomienda observar el siguiente video
Nicolás Copérnico estableció la Teoría Heliocéntrica, al explicar que la
Tierra no es el centro del Universo y que en realidad el planeta azul gira
alrededor del Sol, esta teoría fue un golpe importante al ego del ser humano,
pues implicó que ya no éramos el centro del Universo; por otro lado, estas
ideas, consideradas herejes por la iglesia católica, llevaron a Galileo a ser ejecutado.
Copérnico plasmó su teoría e ideas sobre su concepción del Universo en el
libro de las revoluciones de las esferas celestes. A partir de las ideas de
Copérnico, la palabra revolución comenzaría a tener una connotación nueva,
tanto en lo científico, como en lo social.
Johannes Kepler se da cuenta que aun cuando la Tierra y los demás
planetas giran alrededor del Sol, no cumplen con la idea de mantener una
trayectoria en forma de círculos, por lo que tiene la brillante idea de usar la
figura matemática de la elipse. Él fue el primer científico en formular una
teoría que concordaba con las observaciones. Sin embargo, en ese entonces sus
explicaciones no fueron tomadas con seriedad. Los demás científicos pensaban
“¿porqué elipse si existe el círculo?”. No es hasta el siglo XX que, gracias a
la teoría de la relatividad de Einstein, los científicos voltearon y vieron que
la teoría de Kepler era acertada.
Sir Isaac Newton se da cuenta que es la misma ley la que hace que se
caiga una manzana de un árbol, lo que hace que la Tierra gire alrededor del
Sol: la gravedad. Esta gran abstracción de Newton crea la ciencia como la
conocemos. Incluyendo a la gravedad dentro de sus modelos, Newton formula leyes
que lograban explicar minuciosamente el movimiento de los astros que Kepler
explicaba con las elipses. A partir de concebir el Universo de esta forma se
pudo hablar de leyes universales que rigen a la naturaleza. Es por esta razón
que Newton es considerado por muchos como el padre de la Ciencia.
Esquemáticamente se puede resumir esta evolución de la siguiente forma
Con el paso de los años
y la evolución del pensamiento del ser humano, se fueron creando nuevas
tecnologías que permitieron investigar y dar respuesta a las interrogantes
acerca del Universo. Es así como nació la astronomía, ciencia que se ocupa del
estudio de las estructuras cósmicas o cuerpos celestes, estrellas, planetas y
satélites naturales, entre otros, sus movimientos, los fenómenos ligados a
ellos, su registro y su origen. Al comienzo, esta ciencia se basaba solo en la
percepción visual.
Uno de los inventos
que amplió la capacidad de observación del Universo fue el telescopio,
instrumento creado por Hans Lippershey, en 1 608 y utilizado por Galileo Galilei en
1 609, quien observó por primera vez cuatro satélites naturales de Júpiter.
Actualmente, y gracias a la evolución de los telescopios, se dispone de
tecnologías mucho más avanzadas, como los radiotelescopios, las sondas
espaciales, los satélites artificiales y los transbordadores espaciales, entre
otros, lo que ha permitido obtener mayor información del Universo.
Cosmovisiones en la Edad Antigua, Edad Media y Edad Moderna
La Edad Antigua: Cosmocéntrica
La
etapa cosmocéntrica es un sistema cosmológico:
Geocéntrico, de tipo de concepción mítica, representada por: Aristóteles,
Hiparco y Ptolomeo.
Las adaptaciones de distintas teorías se dan por los siguientes
autores: Aristóteles menciona que."Existe el mundo sublunar o mundo
terrestre. Éste se encuentra formado por la Tierra, situada en el centro del
universo. Es un mundo imperfecto y corrupto, formado por los cuatro elementos
fundamentales: agua, aire, tierra y fuego. Por otro lado, se encuentra el mundo
supralunar o mundo celeste. Éste contiene el resto de planetas y estrellas que
giran en círculos perfectos alrededor de la Tierra. Es un mundo bello,
perfecto, formado por un quinto elemento incorruptible, el éter.»
Así
mismo, Stephen Hawking propone lo siguiente "El universo ha existido siempre
aproximadamente tal y como hoy lo conocemos. Es homogéneo e isótropo, es decir,
a gran escala tiene la misma apariencia, independientemente del punto desde
donde se observe. El Sol sólo es una de las centenares de miles de estrellas
que forman nuestra galaxia, la Vía Láctea. Y ésta, a su vez, sólo es una
galaxia típica entre centenares de miles de galaxias distribuidas por el
universo. No existe un centro, sino una extensión infinita de galaxias.
De
igual forma Penzias y Wilson mencionan lo siguiente. "En el comienzo, hace
millones de años, hubo una explosión que se produjo simultáneamente en todas
partes, que creó todo el espacio desde el comienzo, y en el que toda partícula
se alejó de toda partícula. Al cabo de una centésima de segundo, el calor era
tan grande que no podían formarse todavía ni las moléculas ni los átomos. Sólo
existían partículas como electrones y positrones. Estas partículas empezaron a
aniquilarse, pero quedó un remanente. Al seguir enfriándose el universo con su
expansión, las partículas restantes formaron los átomos y moléculas que
componen las estrellas y los planetas Aún hoy nos llega, como radiación de
fondo, el remanente de esa gran explosión, que mantiene la misma temperatura en
todas las direcciones».
De
acuerdo con el autor Hesíodo "Al inicio sólo existía el Caos. De éste
surgió Gea, la Tierra, y algunos de los dioses primordiales. Luego, Gea dio luz
a Urano, el Cielo, y éste fecundó a Gea. De esta unión nacieron dioses como
Océano, dios de las aguas y los mares, Hiperión, dios del Sol, o Cronos, hijo
de Urano y padre de Zeus. Cuando Zeus, dios del cielo y el trueno, desafió a su
padre, Cronos, y le venció, se hizo con el gobierno del Olimpo. Son los dioses
los que controlan todos los fenómenos que ocurren en el mundo de los mortales.»
De
acuerdo con Albert Einstein, Existe una teoría unificada completa, que explique
el origen y evolución del universo, En última instancia, se tiene la esperanza
de encontrar una teoría unificada, consistente, completa, que incluiría todas
las teorías parciales. La búsqueda de una teoría como ésta se conoce como la
unificación de la física. El principio del tiempo fue un punto de densidad
infinita, una singularidad, donde todas las leyes conocidas de la ciencia
fallarían. Es necesario utilizar una teoría cuántica de la gravedad, que aún
hoy no poseemos, para discutir las etapas muy tempranas del universo. Pero una
teoría unificada completa sólo sería el primer paso: nuestra meta es una
completa comprensión de lo que sucede a nuestro alrededor y de nuestra propia
existencia”. La Edad Media o Teocéntrica
La
Cosmovisión Teocéntrica es un concepto que viene de dos grandes palabras:
Cosmovisión que es el conjunto de opiniones y creencias que conforman tu imagen
o concepto general del mundo, época o cultura, a partir del cual interpretas tu
propia naturaleza y la de todo lo existente y el Teocéntrico que es la doctrina
según la cual Dios es el centro del Universo, todo fue creado por Él, es
dirigido por Él y no existe ninguna razón más que el deseo de Dios sobre la
voluntad humana.
El teocentrismo
abarca todo lo que existe, incluso la razón científica, ya que todo lo explica
por la voluntad divina y mística de Dios. Fue la corriente que predominó en la
Edad Media y que más tarde se convirtió en antropocentrismo el hombre es el
centro del universo.En esta etapa Teocéntrica, Dios es la verdad, la verdad ha
sido revelada, juega un papel intermediario la Iglesia y la Teología entre Dios
y los hombres. Su principio es la autoridad.
Fue
un concepto central en el pensamiento de principios de la era cristiana y la
Edad Media hasta el periodo del Renacimiento, a partir de cuando se empezó a
concebir a Dios como un factor pero no como causa única del mundo.
Por último, la
cosmovisión teocéntrica es la visión general que se tiene de que todas las
áreas del mundo son influidas por Dios, de que nada pasa en el mundo y en el
entorno sin que tenga que ver con Dios. En otras palabras: es una cosmovisión
de los alcances en donde Dios tiene influencia y de como éste puede influir en
todo el pensamiento, vida y acción.
Si
quisiéramos podríamos partir desde las teorías mas antiguas de la creación del
universo basadas más en la mitología que en un estudio real del comportamiento
del cosmos tratando de utilizar teorías como la geocéntrica de Tolomeo o la
heliocéntrica de Nicolás Copérnico; o también desde diferentes perspectivas
filosóficas de la misma como la creación divina, expuesta por la iglesia y muy
apoyada por aquellos que tienen grandes arraigos religiosos.
La Edad Moderna: Antropocéntrica
La
etapa Antropocéntrica abre paso a la razón, la metodología científica pretendiendo
conocer la naturaleza sin prejuicios míticos, religiosos o metafísicos, "La
verdad es la ciencia". El método científico es el instrumento de relación
y de conocimiento del Universo por el hombre.
Los
siglos XVI, XVII son la revolución científica, sus autores: Copérnico, Kepler,
Galileo, Torricelli, Pascal, Boyle, Huygens, Hooke, Newton, Francis Bacon,
Descartes.
En
la cosmología moderna, el origen del universo es el instante en que apareció
toda la materia y la energía que tenemos actualmente en el universo como consecuencia
de una gran explosión. Asimismo se puede hablar de dos grandes teorías del
origen del universo que son las más apoyadas y que se mantiene vigente hasta la
fecha:
* La
teoría del Big Bang: Tal vez la más importante de todas estas teorías y la que
dio origen a las demás teorías existentes ya fuese por apoyarla o por
rechazarla.
* La
teoría inflacionaria: Que se refiere a la teoría de un universo en constante
expansión.
Existen
otras dos teorías sobre el origen y expansión del universo que cabe destacar
para un mejor entendimiento del proceso del origen y expansión del universo. La
teoría de estado estacionario: Una teoría opuesta a la teoría del Big Bang pero
que fue desestimada luego del la aparición de la radiación cósmica de fondo,
aunque cabe mencionar su existencia.
La teoría del
universo pulsante: La cual nos habla sobre la contracción del universo y de la
posibilidad del llamado Big Crush, las cuales detallaremos seguidamente.
A groso modo, se pueden trazar líneas históricas de la cosmovisión y su evolución del Universo, las cuales se compilan en el siguiente video
Teorías sobre el origen del Universo
A lo largo de la historia, se han propuesto diversas teorías sobre el origen y la evolución del Universo, dentro de las cuales se destacan
1. Teoría del Estado Estacionario
Es
una teoría cosmológica enunciada en 1 948 por Hermann Bondi y Thomas Gold, ampliada por Fred Hoyle, según la cual el Universo siempre ha
existido y siempre existirá. Según esta teoría, el Universo no sólo es uniforme
en el espacio, sino también en el tiempo; así como, a gran escala, una región
del Universo es semejante a otra, del mismo modo, su apariencia ha sido la misma
en cualquier época, ya que el Universo existe desde tiempos infinitos.
Según Víquez
(2 007) la disminución de la densidad que produce el Universo al expandirse se
compensa con una creación continua de materia. Esta teoría surge con el llamado
principio cosmológico perfecto, el cual sostiene que para cualquier observador
el universo debe parecer el mismo en cualquier lugar del espacio. La versión
perfecta de este principio incluye el tiempo como variable por lo cual el
universo no solamente presenta el mismo aspecto desde cualquier punto sino también
en cualquier instante de tiempo siendo sus propiedades generales constantes
tanto en el espacio como en el tiempo.
El
Universo era eterno y, aunque se hallaba en expansión, siempre había
permanecido igual, fuera cual fuera la región del espacio que observáramos.
Esto era así porque se creaba materia continuamente, de manera que la nueva
materia creada iba ocupando el espacio dejado por las galaxias en expansión.
Esta propuesta recibió el nombre de “Teoría del Estado Estacionario” y afirma
la existencia de un Universo homogéneo, es decir, que tiene el mismo aspecto
sea cual sea la región del espacio que observemos y el tiempo en el que lo
hagamos. Estas dos características, homogeneidad e isotropía, son conocidas con
el nombre de Principio Cosmológico Perfecto. La hipótesis
fundamental del Universo estacionario es que nueva materia se crea
continuamente de la nada, con lo cual la densidad del Universo se mantiene
constante a pesar de la expansión. Evidentemente, queda del todo fuera de
nuestras posibilidades comprobar experimentalmente si tal efecto existe.
Se puede complementar la información dada con el siguiente video
2. Teoría del Universo Cerrado y Universo Abierto
El
Universo Abierto es el destino del Universo y está determinado por la densidad
media de la materia existente en él. Si la cantidad de materia es relativamente
poca, la atracción gravitatoria mutua entre las galaxias disminuirá las
velocidades de recesión sólo un poco y el Universo se expandirá
indefinidamente, es decir, si la densidad del Universo es menor que lo que
llamamos densidad crítica, el Universo se expande toda la vida, eternamente.
El
Universo abierto viene representado en forma de silla de montar, que es
infinita, ilimitada y en continua expansión.
Según los científicos suizos, Martín C., E. Huber y Gustav A. (1978), decían, lo siguiente
del Universo Abierto.
"
La expansión del Universo ya no se detendrá jamás y por nada su combustible
nuclear terminará por agotarse, el firmamento quedará invadido por la
obscuridad.”
El
Universo Cerrado es otro modelo de Universo. Si la densidad del cosmos fuera superior a un determinado valor,
llamado valor crítico, el Universo sería de tipo cerrado, es decir, primero
sometido a una fase de expansión y luego de contracción.
En
el año 1 930 Tolman.R, científico demostró que un universo cerrado tendría
oscilaciones amortiguadas, es decir, las oscilaciones no pueden ser periódicas
e infinitas. El universo cerrado no sería, pues, más que una variante del
abierto y, como él, exigiría un comienzo por una sola vez.
El
Universo cerrado puede representarse como una esfera, formada por un área
finita pero ilimitada pues podemos movernos por ella sin encontrar nunca un
fin: la esfera nace de un punto el Big Bang y se expande durante un tiempo; se
detiene, y después empieza a contraerse hasta volver a un punto el Big Crunch.
Donde el Universo Cerrado corresponde al Universo Esférico y el Universo Abierto tiene dos opciones, el hiperbólico y el plano.
3. Teoría del Universo Pulsante
El
Universo se encuentra en constante cambio, la Teoría del Universo Pulsante,
señala que en años anteriores se tenía otro universo semejante al actual, donde
surgen repetidas contracciones o pulsaciones después de cada proceso de
expansión, su máximo expositor fue Richard Tolman (1881 – 1948), indicaba que
el Universo pulsante u oscilante es cerrado, pero que se encuentra en constante
movimiento y expansión a causa de sus contracciones u oscilaciones, donde cada
una de estas inician una gran explosión y siguen una atracción del propio
universo sobre sí, de acuerdo a su gravedad.
Según
Sciaroni (s.f.). El universo pulsante marca: El momento en que el universo se
desploma sobre sí mismo atraído por su propia gravedad es conocido como
"Big Crunch". El Big Crunch marcaría el fin de nuestro universo y el
nacimiento de otro nuevo, tras el subsiguiente Big Bang que lo forme.
El
momento en que el universo se desploma sobre sí mismo atraído por su propia
gravedad es conocido como "Big Crunch". El Big Crunch marcaría el fin
de nuestro universo y el nacimiento de otro nuevo, tras el subsiguiente Big
Bang que lo constituya.
Para complementar la información se le recomienda observar el siguiente video
4. La Teoría Inflacionaria
Esta
teoría fue desarrollada en la década de 1980, por el científico estadounidense
Alan Guth, con el objetivo de explicar los primeros instantes del Universo;
basado en el enunciado de la Teoría de la Gran Explosión. El estado inicial de
la materia, no permitía aplicar las leyes físicas normales.
El
estado de uniformidad del Universo, era difícil de explicar, porque de acuerdo
con la Teoría del Bing Bang, la expansión del universo se proporciona con
demasiada rapidez como para desarrollar esta uniformidad.
Según Guth
basó la formulación de la teoría inflacionaria en el trabajo de Stephen
Hawking, que había experimentado campos gravitatorios sumamente fuertes, como
los que se encuentran cerca de un agujero negro o en el inicio del Universo,
donde se expone que toda la materia del Universo pudo crearse por fluctuaciones
cuánticas en un espacio vacío, bajo estas condiciones.
Se
presumía que nada existía antes de la existencia del universo como un punto con
densidad infinita; en este punto estaba concentrada toda la materia, la energía,
el espacio y el tiempo y según esta teoría lo que desencadenó la gran
explosión, es una fuerza inflacionaria ejercida en una cantidad de tiempo
inapreciable, que permitió que se formará una región observable del universo.
La teoría
inflacionaria, involucra un proceso denominado inflación, en el que hubo un
período de expansión exponencial en el Universo, donde la distancia entre dos
observadores fijos se incrementa exponencialmente, por la métrica de expansión
del Universo. La tasa de expansión dada por la constante de Hubble, es casi
constante, lo que lleva a niveles de simetría muy altos. La inflación también
se conoce como un período de expansión acelerada, dado que la distancia entre
dos observadores se incrementa a una tasa acelerante, se cree que cuatro
fuerzas fundamentales actúan en esta teoría: la gravitación, el
electromagnetismo y las interacciones nucleares fuerte y débil.
Se recomienda observar el siguiente video para complementar y profundizar sobre la teoría
5. Teoría de la Creación Divina Según el Génesis de la religión cristiana, es el
primer libro del Antiguo testamento de la biblia, que significa principio nos
cuenta el origen del universo y de todos los seres que en ella habitan. Cuenta
que en un principio existía el caos y en ella vagaba Dios. Éste creo el Mundo
de la nada en 6 días. El primero separó la luz de las tinieblas y así creó el
día y la noche en el mundo. El segundo día separó las aguas de la tierra y así
creó los mares, los ríos y todas las aguas que la componen.En el tercer día
creó lo que sería el suelo, la tierra seca dónde habitamos y les introdujo todo
tipo de vegetación. El cuarto día creó los astros, el Sol, la Luna y las
estrellas. El quinto día creó a los primeros seres vivos, las aves y los peces
y animales acuáticos y el último día creó a todos los seres terrestres y al ser
humano a su imagen y semejanza. Primero creó al hombre, Adán y al verlo solo
creyó que necesitaba una compañera y de la costilla de Adán creó a la mujer,
Eva. Para complementar la información se recomienda observar el siguiente video
6. Teoría de Cuerdas
La
teoría de cuerdas ha aparecido
como uno de los candidatos más prometedores para ser una teoría microscópica de
la gravedad, es más ambiciosa: pretende ser una descripción completa, unificada, y consistente de la estructura
fundamental de nuestro Universo.
La idea esencial de
la teoría de cuerdas es la siguiente: todas las diversas partículas
fundamentales del modelo estándar son en realidad solo manifestaciones
diferentes de un objeto básico: una cuerda. La teoría de cuerdas utiliza un microscopio
muy potente para darse cuenta que el electrón no es en realidad un punto, sino
un pequeño "lazo", una cuerdita. Esta cuerda puede hacer algo además
de moverse puede oscilar de diferentes maneras, si la cuerda oscila de cierta
manera, entonces, desde lejos, vemos un electrón. Pero si oscila de otra
manera, entonces vemos un fotón, o un quark, o cualquier otra de las partículas
del modelo estándar. De manera que, si
la teoría de cuerdas es correcta, el mundo entero está hecho solo de cuerdas. Como se muestra en la siguiente imagen
Es importante aclarar que, hasta el momento, no
existe evidencia experimental alguna de que la teoría de cuerdas en sí sea la
descripción correcta del mundo que nos rodea. Esto se debe principalmente al
hecho de que la teoría de cuerdas está aún en etapa de desarrollo. Conocemos
algunas de sus partes; pero todavía no su estructura completa, y por lo tanto
no podemos aún hacer predicciones concretas. En años recientes ha habido muchos
avances extraordinariamente importantes y alentadores, los cuales han mejorado
radicalmente nuestra comprensión de la teoría. La información se puede complementar con el siguiente video
7. La Teoría de la Nada de Hawking
Según
la ABC de Sevilla (2013). El físico británico Stephen Hawking dice que: “El
Universo no necesitó ayuda de Dios para existir”
Durante
una reciente conferencia en el Instituto de Tecnología de California Hawking ha
vuelto a rechazar la necesidad de un “Creador” para explicar la existencia del
Universo. En palabras del investigador, “el Universo no ha necesitado ninguna
ayuda divina para estallar y comenzar su existencia”. En otro momento de su
charla, Hawking afirmó que la teoría de la Creación “no se sostiene”, tal y
como demuestran los datos obtenidos desde hace décadas por los astrónomos
utilizando los más potentes telescopios espaciales.
Tras referirse a la
historia del debate teológico sobre el origen del Universo, Hawking repasó
brevemente las principales explicaciones cosmológicas, incluyendo la teoría del
estado estacionario de Fred Hoyle y Thomas Gold, una idea que considera la
hipótesis de que no haya principio ni final y que las galaxias continúan
formándose a partir de la creación espontánea de materia. Hawking aseguró que
esta teoría, al igual que muchas otras, no se sostiene, tal y como demuestran observaciones
recientes llevadas a cabo con telescopios y otros instrumentos científicos.
Tras
un breve repaso a la física relativista y a la cosmología, Hawking rechazó
también la idea de un Universo que se expande y se contrae periódicamente, en
una sucesión interminable de “Big Bang” y Big Crunch”. Ya en la década de los
80, dijo, probó junto a Roger Penrose que el Universo no podría “rebotar”
después de una contracción, tal y como sostiene dicha teoría.
El
principio, solo una vez por lo tanto, el tiempo y el Universo comenzó en un
momento de “singularidad”, y es más que probable que algo así sólo sucediera
una vez.
Para terminar, el
científico se refirió a la denominada Teoría M, que se basa en parte en las
ideas lanzadas hace años esta teoría es la única gran idea que coincide y puede
explicar realmente el Universo que observamos. La Teoría M postula que no uno,
sino múltiples universos se crearon de la nada, con todas las posibles
historias y todos los posibles estados de existencia. Pero solo en unos pocos
de estos estados la vida es posible, y en un número aún menor de ellos puede
existir algo similar a la Humanidad. El investigador terminó su conferencia
pidiendo, que no dejemos de investigar el cosmos. Se puede ilustrar un poco más la Teoría de la Nada con el siguiente video
La Teoría del Big Bang
El Universo muestra
propiedades muy parecidas en todas las direcciones. Dado que no hay ninguna
razón para que estemos situados justo en su centro, eso indica que el Universo
es parecido en todas partes, lo cual indica la propiedad de homogeneidad. El
modelo del Big Bang se basa en ese supuesto, así como en que el Universo está
expandiéndose.
Debido a esa expansión, si se retrocediera en el tiempo, se vería cómo la
materia se va comprimiendo más y más hasta alcanzar densidades muy grandes.
Antes de llegar al instante cero, definido como el tiempo en el que la densidad
se hace infinita, la física actual deja de ser válida. Se hace necesario
aplicar una teoría cuántica de la
gravedad. Lo que si se puede lograr es acercarse mucho a ese instante
cero (hasta tan sólo 10-43 s de él, lo que se conoce como
tiempo de Planck. A partir de ese instante, el modelo del Big Bang empieza a
ser una buena descripción de la historia del Universo.
Según esta teoría, el
universo se originó a partir de una gran explosión que proyectó toda la energía
y la materia existentes, donde Según Tipler, P. y Mosca, G. (2 011),
inicialmente, las cuatro fuerzas de la naturaleza (fuerte, electromagnética,
débil y gravitatoria) se encontraban unificadas en una sola fuerza. Los físicos
han conseguido desarrollar con éxito teorías que unifican las tres primeras
fuerzas, pero hasta ahora no existe la teoría cuántica de la gravedad,
necesaria para las densidades gigantescas de aquel período con una sola fuerza.
La elaboración de esta teoría la inició Einstein en 1917. Se partió de la
hipótesis que en el Universo la distribución de la materia era uniforme, un
universo homogéneo e isótropo, que no cambiaba de forma con el tiempo, un universo
en equilibrio. Para compensar el efecto de la gravedad, Einstein introdujo en
su modelo una fuerza igual, pero de sentido contrario, a la que denominó constante cosmológica.
Según Martínez, F. y
Turégano, J. (s.f.) en 1 924, el matemático A. Friedmann demostró que este
modelo de universo no era posible, ya que con el paso del tiempo debía hacerse más
grande o más pequeño, por lo que la constante cosmológica era innecesaria.
Einstein estuvo de acuerdo con esta corrección. En 1 927, el astrónomo G. E.
Lamaître expuso la teoría de que las galaxias provienen de la explosión de un
núcleo inicial, llamado huevo cósmico o
átomo primitivo.
En la misma línea de
ideas, en 1 929, el astrónomo E. Hubble, al analizar el espectro de la luz que
nos llega de las galaxias, dedujo que todas ellas se alejan de nuestro planeta,
es decir, que el universo está en
expansión. Además, entre 1 948 y 1 952, el físico G. Gamow coincidió con
la hipótesis de Lamaître sobre el origen de las galaxias (fue el que propuso el
nombre de Big Bang), pero discrepaba en la idea de que los primeros átomos en
formarse fueran los pesados.
De acuerdo con
Martínez, F. y Turégano, J. (s.f.) asevera que Gamow indicaba que el huevo cósmicoestaba
constituido por neutrones, que al descomponerse generaron protones y
electrones, los cuales se aglutinaron y formaron átomos de hidrógeno y de
helio, a partir los cuales se crearon los demás elementos.
A la teoría del Big
Bang se le hizo la crítica que, si a partir de las galaxias más alejadas se
calculaba el tiempo transcurrido, el resultado era de 2 000 millones de años,
lo cual era absurdo, ya que solamente la Tierra tiene más de 4 000 millones de
años. Según los cálculos realizados posteriormente, la gran explosión se
produjo hace unos 13 700 millones de años.
Se puede compilar la información gráficamente en la siguiente imagen, a partir del Big Bang
El modelo del Big Bang
se tomó en serio a partir de la década 1 960, cuando unos radioastrónomos
descubrieron una señal de radio que identificaron como el eco remanente del
Big Bang. Esta radiación de fondo tiene la frecuencia de las microondas.
Se le conoce como radiación de fondo cósmica, porque procede de todas las
direcciones del espacio, y de fondo, porque se detecta como una señal de radio,
descubierta, de acuerdo con Tipler, P. y Mosca, G. (2 011), por Arno Penzias y
Robert Wilson de los Bell Laboratories.
Según Álvarez, L. (2
010) la explicación de la radiación de fondo consiste, a groso modo, en que el Universo empezó siendo mucho más
caliente que una estrella. A medida que se fue expandiendo, se fue enfriando. La
radiación comenzó a viajar libremente por el espacio. Cuando la radiación
escapó, era muy similar a la luz del Sol; pero desde entonces se ha desplazado
al rojo y se ha estirado hacia longitudes de onda más grandes, convirtiéndose
en microondas. Ahora todo el Universo está lleno de esta radiación, como un
horno microondas, pero muy frío, aproximadamente -270 ºC. La radiación de fondo
se estudió usando satélites diseñados para su observación.
En los diez últimos años
se ha demostrado que esta radiación no es perfectamente uniforme, y ha servido
para conocer un poco más la naturaleza del Universo en el que vivimos. Donde la
materia era un poco menos densa que la media, la radiación pudo enfriarse un
poco, pero donde era más densa no. Así, estas diferencias en la temperatura
quedaron impresas en la radiación.
Como material complementario a lo descrito hasta acá, se recomienda observar el siguiente video
Cuando los satélites
fueron lo suficientemente sofisticados, ya en nuestro siglo, como el satélite COBE, encontraron que
la temperatura media del fondo cósmico de microondas es 2,7250 K, (-270,42 º C) y cuyas fluctuaciones están entre 2,7249 y
2,7251 K.
Expansión del Universo
Según Tipler, P. y
Mosca, G. (2 011) establece que la primera evidencia de esta expansión fue el
descubrimiento por Edwin Powell Hubble de la relación existente entre los
desplazamientos hacia el rojo de los espectros de las galaxias y sus distancias
a la Tierra. Dado que el desplazamiento hacia el rojo es debido al efecto
Doppler, la velocidad de recesión "v" de una galaxia está relacionada
con la distancia "r" que nos separa de ella por la ley de Hubble:
v
= Hr
donde H es la constante
de Hubble. En principio el valor de H es fácil de obtener, pues depende del
cálculo directo de v a partir de las medidas de los desplazamientos hacia el
rojo. Sin embargo, las distancias astronómicas son muy difíciles de determinar
y han sido calculadas sólo para una fracción de las aproximadamente 1020
galaxias del Universo observado. Por ello, el valor de H cambia a medida que
mejoran los datos de calibración de las distancias. El valor actualmente
aceptado de la constante de Hubble es
H
= 23 km/s / 106 años·luz
La Ley de Hubble
indica, según Tipler, P. y Mosca, G. (2 011) que todas las galaxias se están
alejando de nosotros, y que las más lejanas son las que más rápidamente se
desplazan. Sin embargo, esto no
significa que nuestra posición en el Universo sea especial. Un observador situado
en cualquier galaxia realizaría las mismas observaciones y calcularía la misma
constante de Hubble. Así, la ley de Hubble sugiere que todas las galaxias se
separan unas de otras a una velocidad media de unos 23 km/s por cada millón de
años·luz de separación. En otras palabras, el Universo está en expansión,
obsérvese que la dimensión básica de H es la inversa de un tiempo. La magnitud
1/H se denomina tiempo de Hubble y es equivalente a 1,3·1010 años.
Esto equivaldría a la edad del Universo, si ignoramos la atracción gravitatoria
de las galaxias en recesión. Para complementar la información dada, se sugiere observar el siguiente video
Según Martínez, F. y
Turégano, J. (s.f.), en la década de 1 930, los cosmólogos se preguntaban si la
expansión del universo duraría para siempre, o si por el contrario, se frenaría
en algún momento, e incluso, que pudiera invertirse. La respuesta depende de la
curvatura
del espacio,de acuerdo a cómo se define en la Teoría de la
Relatividad General, hay tres posibilidades:
1. Si
hay más
densidad de materia-energía que un determinado valor, el espacio
tridimensional está curvado de la misma forma que la superficie de una esfera, y entonces, el universo no tiene
bordes. Este tipo de Universo se denomina “cerrado”, y si el Universo real es así, se expandirá durante un
período, se frenará debido a la gravedad, y terminará colapsando sobre sí mismo.
2.En el medio de los dos extremos, se
encuentra el espacio plano en tres
dimensiones, como una hoja de papel. Si el universo es así, seguirá
expandiéndose a una velocidad cada vez menor, hasta llegar al borde del
colapso, pero sin llegar realmente a colapsar. Al menos, ése se pensaba que
sería el destino de un universo plano.
3.En el otro extremo, si hay menos densidad que
el anterior valor determinado, el Universo es abierto, y se expandirá para siempre. Como una nave espacial lanzada con
suficiente velocidad, que escapará del campo gravitatorio terrestre. La
geometría es la de la superficie de “una
silla de montar”, extendiéndose al infinito en todas las direcciones. Como se muestra en la siguiente imagen
Donde la imagen más representativa, quizás, de la expansión del Universo y donde se compila la radiación de fondo, es la siguiente
