El Cosmos (Nuestro Universo)

El Cosmos (Nuestro universo)

• 1. ¿Qué es el "Cosmos"?

• 2. El Universo

• 3. Nuestro lugar en el Universo

• 4. La Teoría del Big Bang

• 5. La materia oscura

• 6. L La energía oscura

• 7. El "Cosmos", según los antiguos filósofos griegos

• 8. Diversos pensadores y sus respectivas conclusiones

• 9. Bibliografía

¿Qué es el "Cosmos"?

Desde sus orígenes, la especie humana ha observado el cielo. Primero, directamente, después con instrumentos cada vez más potentes.Las antiguas civilizaciones agrupaban las estrellas formando figuras. Nuestras constelaciones se inventaron en el Mediterráneo oriental hace unos 2.500 años. Representan animales y mitos del lugar y la época. La gente creía que los cuerpos del cielo influían la vida de reyes y súbditos. El estudio de los astros se mezclaba con supersticiones y rituales.Las constelaciones que acompañan la trayectoria del Sol, la Luna y los planetas, en la franja llamada zodíaco, nos resultan familiares: Aries, Tauro, Géminis, Cáncer, Leo, Virgo, Libra, Escorpión, Sagitario, Capricornio, Acuario y Piscis.A principios del siglo XVII se inventó el telescopio. Primero se utilizaron lentes, después espejos, también combinaciones de ambos. Actualmente hay telescopios de muy alta resolución, como el VLT, formado por cuatro telescopios sincronizados.El telescopio espacial Hubble (HST), situado en órbita, captura y envía imágenes y datos sin la distorsión provocada por la atmósfera.Los radiotelescopios detectan radiaciones de muy diferentes longitudes de onda. Trabajan en grupos utilizando una técnica llamada interferometría.La fotografía, la informática, las comunicaciones y, en general, los avances técnicos de los últimos años han ayudado muchísimo a la astronomía.Gracias a los espectros (descomposición de la luz) podemos conocer información detallada sobre la composición química de un objeto. También se aplica al conocimiento del Universo.Un hallazgo reciente, las lentes gravitacionales, aprovechan el hecho de que los objetos con masa pueden desviar los rayos de luz. Si se localiza un grupo de cuerpos con la configuración apropiada, actúa como una lente potentísima y muestra, en el centro, objetos distantes que no podríamos ver.

El Universo

El Universo es todo, sin excepciones.Materia, energía, espacio y tiempo, todo lo que existe forma parte del Universo. Es muy grande, pero no infinito. Si lo fuera, habría infinita materia en infinitas estrellas, y no es así. En cuanto a la materia, el universo es, sobre todo, espacio vacío.El Universo contiene galaxias, cúmulos de galaxias y estructuras de mayor tamaño llamadas supercúmulos, además de materia intergaláctica. Todavía no sabemos con exactitud la magnitud del Universo, a pesar de la avanzada tecnología disponible en la actualidad.La materia no se distribuye de manera uniforme, sino que se concentra en lugares concretos: galaxias, estrellas, planetas … Sin embargo, el 90% del Universo es una masa oscura, que no podemos observar. Por cada millón de átomos de hidrógeno los 10 elementos más abundantes son:

Nuestro lugar en el Universo

Nuestro mundo, la Tierra, es minúsculo comparado con el Universo. Formamos parte del Sistema Solar, perdido en un brazo de una galaxia que tiene 100.000 millones de estrellas, pero sólo es una entre los centenares de miles de millones de galaxias que forman el Universo.

La teoría del Big Bang explica cómo se formó.

Dice que hace unos 15.000 millones de años la materia tenía una densidad y una temperatura infinitas. Hubo una explosión violenta y, desde entonces, el universo va perdiendo densidad y temperatura.El Big Bang es una singularidad, una excepción que no pueden explicar las leyes de la física. Podemos saber qué pasó desde el primer instante, pero el momento y tamaño cero todavía no tienen explicación científica.

"Universo" (del latín universus), se define como el conjunto de todas las cosas creadas (si se cree en la creación) o de todas las cosas que existen.Utilizamos palabras como "universal" o "universalidad" para referirnos a un hecho o idea que lo abarca todo aunque, a menudo, hacemos referencia a algo que no va más allá de nuestro planeta, como cuando nombramos un artista "universal" o nos referimos a la "universalidad" de leyes, fenómenos o hechos culturales. En estos casos, aunque obviamente nos referimos al ámbito de nuestro planeta, seguimos expresando una idea de totalidad.Cuando hablamos del Universo astronómico parece más adecuado referirnos a él con la palabra griega "Cosmos". Aunque en muchos diccionarios podemos encontrar exactamente las mismas definiciones para ámbos términos, hay una diferencia de matíz: "Cosmos" parece limitado a la materia y al espacio, mientras que el concepto de "Universo" incluye también la energia y el tiempo.En este capítulo vamos a tratar los aspectos básicos del Universo: qué es, cómo se observa y cuales son sus leyes fundamentales.

¿Qué es el Universo?: El Universo es todo, sin excepciones. Materia, energía, espacio y tiempo, todo lo que existe forma parte del Universo …   [ + ]

Observación del Cosmos: Desde sus orígenes, la especie humana ha observado el cielo. Primero, directamente, después con instrumentos cada vez más …   [ + ]

Las constelaciones: Las estrellas que se pueden observar en una noche clara forman determinadas figuras que llamamos "constelaciones", y que sirven para …   [ + ]

Medidas del Universo: Conceptos básicos. Masa: es la cantidad de materia de un objeto. Volumen: es el espacio ocupado por un objeto. Densidad: se …   [ + ]

Las leyes del Universo: Leyes de Kepler. Se trata de tres leyes acerca de los movimientos de los planetas formuladas por el astrónomo alemán Johannes …   [ + ]

La Teoría del Big Bang

Sería en mayo de 1964, cuando el físico es:

- Universo Abierto: según la cual el Universo continuará expandiéndose para siempre, haciéndose cada vez más y más tenue, con una densidad conjunta cada vez más y más pequeña, hasta acercarse a un vacío absoluto.

 - Universo Cerrado: en virtud de la cual  la gravedad sería lo suficientemente fuerte, dependiendo de la cantidad de materia del Universo, como para desacelerar el proceso expansivo, llevando el índice de recesión de las galaxias hasta cero. Momento a partir del cual se impondría una contracción que llevaría al Universo a un implosivo colapso Big Crunchy desapareciendo en la nada. Sucediéndose de otra fase expansiva, y así indefinidamente en una interminable serie de oscilaciones.

materia, podemos distinguir las siguientes fases de desarrollo:

- Intervalo de 10-43 segundos o Tiempo de Planck: toda la masa y energía del Universo se hallaba comprimida en una masa ardiente de densidad inimaginable.

     – Ocupaba un espacio 10-20 veces menor que un  núcleo atómico.

  – Las cuatro fuerzas básicas (gravitación, electromagnetismo y fuerzas nucleares fuerte y débil) se hallaban unificadas.

   - A los 10-35 segundos comenzó la Era de la Inflación: un período caracterizado por un fantástico aumento de tamaño y por una caída drástica de la temperatura.

   - El Universo se hinchó hasta alcanzar al menos 1050 veces sus dimensiones originales.

  - La temperatura cayó a 1028 º K

  - Comienza la separación de la fuerza nuclear fuerte y la electro-débil  (formada por la fuerza electromagnética y la nuclear débil).

- En la primera millonésima de segundo surge la Era Leptónica: con la que se crean las primeras partículas constitutivas de la materia.

  - El universo material emergió de un estallido a la temperatura de1027 º K, para descender a los 1014 º K.

  - Aparecen las partículas elementales: los quarks, leptones (electrones, neutrinos…), mesones (constituidos por pares de quarks) y los hadrones (protones y neutrones, constituidos por tríos de quarks).

A ellas, les sucederán la Era de la Radiación (que constituye los 10.000 primeros años), caracterizada por la emisión de rayos gamma producidos durante la descomposición del Deuterio o Hidrógeno pesado (además un neutrón), y la Era del Desacoplamiento (después de 300.000 la materia y la radiación.

- El hecho de que las estrellas se estén alejando de nosotros a velocidades fantásticas ha sido verificado repetidamente:

     - Mediante la distorsión del espectro de la luz estelar, lo que hemos denominado efecto Doppler y que, en este caso, se caracteriza por el corrimiento del espectro de luz hacia el rojo. Es decir, la luz que recibimos de una estrella que se aleja de nosotros está desplazada hacia longitudes de onda más largas -hacia el extremo rojo del espectro- demanera análoga a como el pitido de un tren en movimiento suena más agudo de lo normal cuando se acerca a nosotros y más grave cuando se aleja.

  - Además según la Ley de Hubble, formulada en 1929, cuanto más lejana está la estrella o galaxia, más rápidamente se aleja de nosotros. Queda corroborado, por otra parte, por cuanto que no contemplamos entre las galaxias más distantes ningún desplazamiento hacia el azul sino hacia el rojo, lo que significa un universo en expansión y no encontracción.

 - La distribución de los elementos químicos en nuestra galaxia están en correspondencia con la predicción de los elementos pesados en el Big Bang y en las estrellas. Según dicha teoría, los núcleos elementales de hidrógeno se fusionarían para dar lugar a un nuevo elemento, el helio. Los resultados observados ratifican los cálculos de la predicción: la proporción entre el helio y el hidrógeno en el universo está entre el 25 % del primero y el 75 % de hidrógeno.

 - Los objetos más antiguos del universo analizados tienen una edad que ronda entre los 10.000 y los 15.000 millones de años, por lo que ninguno por el momento rebasa la estimación dada para el Big Bang. Puesto que los materiales radiactivos se desintegran, vía interacciones débiles, a un ritmo exactamente conocido, es posible predecir la edad de un objeto calculando la abundancia relativa de ciertos materiales radiactivos.

     - Así mediante el Carbono-14, que se desintegra cada 5.730 años, es posible determinar  la edad de los objetos arqueológicos.  Mediante el Uranio-238, con una vida media de 4.000 millones de años, nos permite datar las rocas lunares traídas, por ejemplo, por la misión Apolo.

  - Las rocas y meteoritos más viejos encontrados en la Tierra datan de entre unos 4.000 y 5.000 millones de años, que es la edad aproximada de nuestro sistema solar. Igualmente, por la masa de ciertas estrellas cuya evolución es conocida, podemos demostrar que las estrellas más viejas de nuestra galaxia se remontan alrededor de los 10.000 millones de años atrás.

 - Pero quizás el más importante de todos fue el eco cósmico del Big Bang reverberando en el Universo. Como vimos, fueron Arno Penzias y Robert Wilson quienes consiguieron detectar la radiación de fondo de microondas que impregna todo el universo conocido.

La materia oscura

Cómo sabemos que en el universo debe existir materia oscura?¿Qué tienen en común la materia oscura y los planetas? A primera vista, absolutamente nada. Pero, ¿y si te dijese que el destino último de la vida en el Universo puede depender de que exista una relación entre ambos? Parece imposible -y quizás lo sea-, pero recientemente dos investigadores, Dan Hooper y Jason Steffen, han sugerido que la materia oscura podría permitir la existencia de agua líquida en algunos planetas aún en ausencia de luz estelar de cualquier tipo. Como lo oyes. Amanecer galáctico sobre el océano de un mundo lejos de cualquier estrella. ¿Podría ser posible algo así? (escena de Cosmos, de Carl Sagan).  La materia oscura es una misteriosa substancia que forma el 23% del Universo. Sabemos que está ahí gracias a sus efectos gravitatorios. Sabemos que existe, pero desconocemos de qué está compuesta. No obstante, la mayoría de modelos teóricos predicen que debe estar formada por partículas que interaccionan débilmente entre sí (WIMPs). Según estos mismos modelos, la materia convencional de la que estamos hechos nosotros y todo lo que nos rodea -también llamada materia bariónica- es prácticamente transparente para la materia oscura. Pero de vez en cuando, alguna partícula oscura puede chocar con un núcleo de materia bariónica y frenarse en el proceso. ¿Y qué tiene de interesante este proceso? Pues que con el tiempo -muuucho tiempo-, podremos encontrar una mayor densidad de partículas de materia oscura en el interior de los astros más masivos, tanto estrellas como planetas.Y aquí viene lo interesante. Según la mayoría de modelos, las partículas de materia oscura serían sus propias antipartículas. Es decir, se aniquilarían al colisionar entre sí, liberando energía. El potencial de la energía producida mediante la aniquilación de la materia oscura es enorme. Para que nos hagamos una idea, la energía contenida en la materia oscura se estima que es mil veces mayor que la energía que se liberaría por la fusión de todo el hidrógeno del Universo para formar helio. Y no olvidemos que el hidrógeno es el elemento más abundante de la naturaleza con diferencia.Por supuesto, la cantidad de energía liberada la desintegración de materia oscura en el interior de un planeta es minúscula. La temperatura superficial de un planeta terrestre depende principalmente de la distancia a su estrella y su albedo (brillo superficial). Un planeta con una atmósfera densa puede elevar significativamente su temperatura por efecto invernadero, como es el caso de la Tierra o -especialmente- Venus. El calor interno del planeta, generado por la desintegración de isótopos radiactivos, sólo constituye el 0,025% de la energía que afecta a la temperatura de la superficie. Por lo tanto, con materia oscura o sin ella, el calor interno no parece ser un factor relevante.Tasa de captura de partículas de materia oscura por un planeta terrestre en nuestro vecindario galáctico. Se muestran los resultados de dos modelos de materia oscura. A todas luces insuficiente para calentar el interior de un mundo rocoso (Hooper et al.).O puede que sí. Al menos, en otras zonas del Universo. Se cree que la densidad de materia oscura en las regiones centrales de nuestra Galaxia o en el núcleo de las galaxias enanas esferoidales puede ser cientos o miles de veces la encontrada en nuestro vecindario cósmico. Dan Hooper y Jason Steffen (investigadores del Fermilab y de la Universidad de Chicago, respectivamente) han sugerido que, en este caso, el calor liberado por la aniquilación de materia oscura en el interior de planetas síque sería significativo. En realidad, podría ser tan grande que garantizaría la existencia de agua líquida en la superficie de supertierras que se encontrasen muy lejos de sus soles. Océanos en mundos errantes alejados de cualquier estrella. Planetas habitables que deberían tener temperaturas cercanas al cero absoluto. Increíble. Galaxia del Escultor, una galaxia enana esferoidal (David Malin/Anglo Australian Observatory). Temperatura superficial en varios planetas situados en el centro galáctico (debajo) y galaxias enanas esferoidales (arriba) dependiendo del modelo de materia oscura. En algunos casos, el calor de la aniquilación permitiría la existencia de agua líquida en la superficie aún en ausencia de luz solar (Hooper et al.).Por supuesto, este escenario es altamente hipotético e improbable, ya que los autores asumen una sección eficaz muy alta para las colisiones entre WIMPs y núcleos de materia bariónica. Además, estas temperaturas sólo serían posible en los planetas rocosos de mayor masa (unas diez veces la masa de la Tierra). Pero, en cualquier caso, es una posibilidad que resulta cuanto menos apasionante.Porque a medida que las estrellas se vayan apagando en un Universo cada vez más viejo, puede que estos planetas se conviertan en el último reducto de la vida tal y como la conocemos.Referencias:

• Dark Matter And The Habitability of Planets, Dan Hooper et al. (ArXiV, 25 de marzo de 2011)

La energía oscura

Los astrofísicos, en años recientes, han encontrado indicios de una fuerza que llaman energía oscura, en observaciones de los más lejanos confines del universo, a miles de millones de años luz de distancia.Ahora, un equipo internacional de investigadores ha usado datos procedentes de potentes modelos por ordenador, apoyados por observaciones del Telescopio Espacial Hubble, para encontrar evidencia de energía oscura justo en nuestro vecindario cósmico.Los datos pintan un cuadro del universo como un mar virtual de energía oscura, con miles de millones de galaxias equiparables a islas emergiendo del mar. Así lo cree Fabio Governato, un profesor investigador asociado de astronomía de la Universidad de Washington (UW) e investigador del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia.En 1929 el astrónomo Edwin Hubble demostró que las galaxias se alejan unas de otras, lo que apoyó la teoría de que el universo se ha expandido desde el Big Bang. En 1999, los cosmólogos anunciaron indicios de que una rara fuerza, llamada energía oscura, causaba realmente la expansión acelerada del universo.Sin embargo, la expansión es más lenta de lo que podría ser debido a la fuerza de gravedad entre las galaxias. A medida que la batalla entre la atracción de la gravedad y la fuerza repelente de la energía oscura se desarrolla, los cosmólogos ponderan si la expansión continuará para siempre o si el universo colapsará en un "Big Crunch".

Corte en sección del universo hecho con un ordenador, que muestra a las galaxias como puntos brillantes a lo largo de filamentos de materia, con un mar de energía oscura llenando el espacio entre las islas galácticas (Foto: James Wadsley, McMaster University, Hamilton, Ontario )

En 1997, Governato diseñó un modelo de computadora para simular la evolución del universo desde la Gran Explosión hasta el presente. Su grupo de investigación encontró que el modelo no podía reproducir la expansión suave que se había observado entre las galaxias alrededor de la Vía Láctea, la galaxia en la que reside la Tierra. De hecho, el modelo produjo desviaciones de una expansión completamente radial que eran de tres a siete veces más altas que la que los astrónomos habían observado realmente. "El movimiento observado era pequeño, y no podíamos reproducirlo sin la presencia de energía oscura" -explica-. "Cuando agregamos la energía oscura, obtuvimos una concordancia perfecta".Governato es uno de los tres autores de un artículo que describe la investigación. Los coautores son Andrea Maccio de la Universidad de Zurich en Suiza, y Cathy Horellou de la Universidad Chalmers de Tecnología en Suecia. El trabajo fue apoyado económicamente por la Fundación Nacional de la Ciencia y el Vetenskapsradet, el Consejo de Investigación sueco.Los autores, que son parte integrante de una colaboración internacional de investigación llamada N-Body Shop, que se originó en la Universidad de Washington, ejecutó simulaciones de la expansión del universo en poderosas supercomputadoras en Italia y Alaska. Sus hallazgos proporcionan evidencia de apoyo para un mar de energía oscura que rodea las galaxias."Estudiamos las propiedades de las galaxias cercanas a la Vía Láctea, en lugar de mirar a miles de millones de años luz de distancia" -comenta Governato-. "Es como viajar entre dos ciudades vecinas, en vez de entre dos muy distantes, para medir la curvatura de la Tierra".

El "Cosmos", según los antiguos filósofos griegos

Tales, Anaximandro y Anaxímenes, fueron los primeros en plantearse estas cuestiones. A continuación la escuela pitagórica, se preocuparon por la naturaleza y por los procesos de cambio, nacimiento, desarrollo y muerte. Creían que todas las cosas podían explicarse recurriendo a un principio único al que llamaron arjé una serie de procesos, desembocaba en la diversidad de la naturaleza. La escuela jónica se preocupo también por la forma de la Tierra y por la estructura del cosmo. La escuela pitagórica, en la que destaca que la Tierra era esférica y cuestiono el geocentrismo.

• La doctrina de los cuatro elementos: Según esta doctrina, defendida, entre otros, por Empédocles, solo existen cuatro elementos -tierra, agua, fuego y aire– a partir de los cuales se origina la multiplicidad de objetos que se manifiesta en la naturaleza; la combinación de esos elementos en distintas proporciones hace que los objetos sean diferentes.

• El atomismo: Según los atomistas Leucipo y Demócrito, la realidad estaría compuesta por una multiplicidad de átomos y por vacío. Aunque los átomos tendrían todos ellos una naturaleza igual, variarían por la forma o el tamaño, lo que permitiría explicar la multiplicidad de objetos existentes. El vacío, por su parte, les permite explicar el movimiento.

La astronomía griega: Los seres humanos han mostrado una predilección por estudiar atentamente el ciclo estrellado. De esta manera, se han descubierto regularidades en objetos que aparentemente manifestaban un comportamiento azaroso, o bien se han logrado realizar mediciones muy precisas. Pero los filósofos griegos no solo se dedicaron a acumular datos, sino que querían articularlos en una teoría coherente.

Los movimientos celestes que más les impresionaron fueron la rotación del cielo, el Sol y la Luna. Además de estos movimientos, se producían el ciclo de día-noche y el ciclo anual de la Tierra.

• La forma de la Tierra: Los primeros filósofos consideraron que la Tierra era plana, aunque acabó por imponerse la idea de que era esférica.

• El ciclo día-noche: Para explicar este ciclo diario se plantearon dos alternativas: o todo el cosmos daba vueltas alrededor de la Tierra o la tierra poseía un movimiento de rotación.

• El ciclo anual de la Tierra: Este ciclo podía explicarse suponiendo que la Tierra realizase un movimiento de traslación en torno al Sol.

Aristarco defendía una concepción heliocéntrica del universo según la cual el Sol se encuentra en el centro del cosmos y los demás astros daban vueltas a su alrededor. Pero en Grecia se da gran importancia a la percepción, por lo q si la Tierra se movía, ¿por qué razón no se percibía el movimiento? Por ese motivo prevaleció la concepción geocéntrica.

El cosmos aristotélico: Para Aristóteles el universo es eterno y limitado. Su concepción del universo es geocéntrica: los astros giran alrededor de la Tierra en órbitas homocéntricas.

Para explicar el movimiento de todos los astros que hay en el universo, Aristóteles recurrió a la antigua idea propuesta por Euxodo de las esferas concéntricas. Imagino que los cinco planetas conocidos, el Sol, la luna y las estrellas estaban hechos con un material transparente, puro, inalterable y sin peso al que denominó éter o quintaesencia.

Aristóteles concibió el movimiento de los astros como si fuera una pieza de relojería: el movimiento de la última esfera provoca, por rozamiento, el movimiento de la esfera contigua, que a su vez mueve la esfera que le sigue. Este cosmos lleno de éter y que se mueve con un, movimiento preciso y regular pasó a denominarse mundo supralunar,contrastando con el mundo sublunar.

El mundo sublunar coincide con el planeta Tierra; en él encontramos cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego.Cada uno de estos elementos ocupa un lugar natural: la tierra el fondo y sobre ella el agua, en cuya capa superior se encontrarían el aire y por último el fuego. La tierra es un lugar donde reina el desorden y el caos y donde todo está condenado al cambio y a la corrupción.

El Museo de Alejandría y el sistema ptolemaico: A partir del S. III a. C. la cultura griega se concentra enAlejandría, alrededor de una institución denominada Templo de las Musas que continuó la reflexión aristotélica, convirtiéndose en el centro de investigación más importante de la Antigüedad.

También trabajó en Alejandría Claudio Ptolomeo cuya obra más importante, la Sintaxis Matemática constituye un tratado sistemático sobre todas las observaciones de la astronomía griega realizadas hasta entonces.

Algunos astrónomos griegos, como Hiparlo; se habían dado cuenta de que los planetas parecían describir extraños bucles e su recorrido anual y habían observado que su velocidad y su brillo no eran constantes ni regulares, sino que variaban. Ptolomeo logró solucionar este rompecabezas con un sistema satisfactorio, aunque algo intricado: los planetas se movían en un círculo denominado epiciclo cuyo centro se iba desplazando al mismo tiempo que describía también un círculo alrededor de la Tierra llamado deferente.

Diversos pensadores y sus respectivas conclusiones

El sistema ptolemaico constituyó un momento álgido en la historia de la ciencia por su gran capacidad para predecir fenómenos. Durante la Edad Media tales logros fueron olvidándose. Fueron los árabes quienes mantuvieron vivo el pensamiento griego, que pudo volver a resurgir en Occidente en el S. XIII.

La aparición de la obra de Aristóteles en el panorama intelectual europeo fue un catalizador para que se volviera a replantear esas antiguas cuestiones. De ese modo se origino la revolución científica, protagonizada por científicos como Copérnico, Tycho Brahe, Kepler, Galileo y Newton.

Nicolás Copérnico: El mismo año de su muerte, Nicolás Copérnico publicó La revolución de las orbes terrestres, un libro verdaderamente revolucionario que se puede considerar como el punto de partida de la ciencia moderna. El cambio decisivo fue situar el sol en el centro del cosmos en detrimento de una Tierra que pasaba a ser un planeta más que giraba alrededor del Sol. Copérnico atribuyó a la Tierra tres movimientos diferentes:

• Rotación diaria: el cosmos no tenía que dar una vuelta completa diaria alrededor de un planeta minúsculo como la Tierra.

• Traslación: el Sol pasaba a ser el astro inmóvil alrededor del cual el resto de planetas (incluida la Tierra) daban vueltas mediante este movimiento.

• Giro del eje de rotación de la Tierra: este movimiento justificaba la precesión de los equinoccios.

Si la Tierra daba vueltas diariamente a esa velocidad, acabaría por estallar en pedazos. Los movimientos de rotación y traslación entraban a su vez en contradicción con creencias muy arraigadas de su época.

Giordano Bruno: Aunque no era un científico en sentido estricto, Giordano Bruno fue un gran visionario. Fue el primer pensador que afirmó que el universo era infinito. Había infinitos soles y planetas habitados, aunque solo veíamos soles debido a su mayor tamaño y a las inmensas distancias que nos separaban. Fue condenado a morir en la hoguera porque su pensamiento contravenía la doctrina de la Iglesia.

Tycho Brahe: desempeño un papel destacado gracias a las numerosas observaciones de incalculables valor científico que fue acumulado a lo largo de los años.

• Una supernova, con lo cual pudo refutar la idea de que el cielo estrellado era inmutable.

• Un cometa, del que pudo observar su órbita y calcular su distancia de la Tierra mediante el paralaje. Esto le permitió saber que los cometas no podían ser fenómenos sublunares debidos a una llama de grasa seca, tal y como afirmaba Aristóteles. Al observar la órbita del cometa, también se fijó en que tenía que atravesar las supuestas esferas cristalinas, por lo que estas no podían existir.

Johannes Kepler: heredó los datos experimentales de su maestro Tycho Brahe y, a partir de ellos, consiguió superar sus propios prejuicios y los de su época en relación con los movimientos de los planetas. Comprobó que era imposible que las órbitas de los planetas fueran perfectamente circulares y su velocidad uniforme, por lo que, después de experimentar con diferentes figuras, llego a la conclusión de que la elipse era la figura geométrica que más se adecuaba al movimientote los planetas.

Galileo Galilei: es una de las figuras clave para comprender el desarrollo de la física y de la astronomía. En astronomía, su aportación fundamental fue la introducción del telescopio para observar y estudiar el cielo.

Las observaciones con el telescopio fueron cruciales para superar definitivamente el aristotelismo vigente. Se pudieron ofrecer datos incuestionables como, que había muchas más estrellas de las que se podía ver a simple vista, que el universo no estaba construido a la medida del ser humana: sus dimensiones eran desmesuradas en comparación con nuestro planeta.

Entre sus observaciones pudo apreciar manchas solares y cráteres y montañas en la Luna, lo que supuso el golpe definitivo a la creencia de que el mundo supralunar era perfecto e inmutable: un astro como el sol tenía imperfecciones y la Luna no era perfectamente esférica, pues poseía unos relieves parecidos a los terrestres.

Galileo asentó los cimientos de la ciencia física y, más concretamente, de la cinemática. Sus mayores logros fueron:

• Establecer el principio de inercia, según el cual un cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento uniforme a no ser que actúe alguna fuerza que le obligue a cambiar su estado. Por este motivo, un cuerpo lanzado perpendicularmente hacia arriba vuelve a caer en el mismo punto desde donde se lanzó a pesar del movimiento de la Tierra.

• Sus experimentos sobre la caída de los graves permitieron a Galileo demostrar que todos los cuerpos son atraídos por la misma fuerza, sin que influya la masa del cuerpo.

Isaac Newton: esta considerado como el científico más grande de todos los tiempos. Newton retomo el problema y, a partir del os estudios de Kepler y Galileo, le dio un nuevo enfoque y una nueva solución. Concibió que todo cambio en la naturaleza era regular y continúo, desarrollo un potente instrumento de cálculo que determina la velocidad o aceleración de un cuerpo en un instante cualquiera del tiempo: el cálculo infinitesimal. Sus otros dos grandes logros fueron las tres leyes de l movimiento de los cuerpos y la ley de la gravedad:

• Galileo había demostrado que el reposo y el movimiento uniformemente no necesitaba ser explicados. Por lo tanto, al análisis tenía que centrarse en la aceleración. Newton afirmó que todo cambio de velocidad era el efecto de la intervención de una fuerza. Cualquier cambio se producirá como efecto de una fuerza y la aceleración será justamente la manifestación de una fuerza. Por ultimo, Newton demostró que cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo este reacciona con una fuerza igual pero de signo contrario.

• El segundo gran triunfo de Newton fue determinar que todos los cuerpos se ven afectados por la fuerza de gravedad. Esta fuerza determina el movimiento de un planeta o la caída de una manzana: es una ley universal, aplicada en todo el universo y que no permite hacer distinciones entre el mundo sublunar o el supralunar.

La cosmovisión actual:

El proyecto de investigación de la naturaleza iniciado con la revolución científica cosechó numerosos éxitos, por lo que era posible conocer toda la realidad sirviéndose únicamente de principios simples. Se investigaron y se elaboraron leyes de otros fenómenos, como la electricidad y el magnetismo, se llego a pensar que no quedaba ningún fenómeno pro explicar. Dos nuevas ramas de la física iban a revolucionar nuestro conocimiento de lo más pequeño, del microcosmos, y de lo más grande, del macrocosmos.

La teoría de la relatividad: Albert Einstein consiguió remover los fundamentos de la física gracias a dos trabajos que permitieron poner las bases para la cosmología actual: la Teoría de la relatividad especial y la Teoría de la relatividad general.

– Teoría de la relatividad especial:

El principio de la relatividad de Galileo, si queremos hallar la velocidad respecto del suelo de una persona que corre a una velocidad constante por el interior del vagón de un tren que también se mueve a velocidad constante, tendremos que sumar las velocidades del tren y de la persona. Este principio de la suma de velocidades es valido para cualesquiera que sena las velocidades en cuestión, pero un hecho experimental vino a contradecir esta teoría:la velocidad de la luz es la misma independiente de la velocidad a la que se mueve la fuente. Esto suponía que el principio de la relatividad de Galileo no era válido cuando se estudian cuerpos a una velocidad próxima a la luz.

Si la luz era una constante, entonces no podían serlo al mismo tiempo el espacio, el tiempo o la masa. El flujo del tiempo no podían considerarse más como un valor absoluto igual para todos los objetos; cada individuo lleva consigo su propia medida del tiempo. Y lo mismo ocurrís con la masa y la longitud de un cuerpo; esos datos no son absolutos, sino que dependen de la velocidad. Einstein consiguió deducir fue la famosa correspondencia entre masa y energía (E=mc2). El espacio y el tiempo, a partir de este momento, ya no podrán ser estudios de forma separada e independiente. Son términos correlativos, por lo que es obligado hablar del continuo espacio-temporal.

– Teoría de la relatividad general:

Newton había constatado que dos partículas se atraen con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia. Cuanto mayor sea la distancia, menor será la fuerza de atracción. Para Einstein esto era una incongruencia porque había demostrado que ninguna interacción puede propagarse a una velocidad mayor que la de la luz.

Einstein explicó la gravedad afirmando que la masa curva el espacio donde se encuentra, y esta curvatura provoca que un cuerpo como la Tierra esté sometido a la influencia de un cuerpo mayor como el Sol. Aunque el planeta se mueve en línea recta, el espacio por el que se mueve está curvado. La fuerza de la gravedad hay que considerarla como un efecto de esa curvatura espacial.

– Consecuencias cosmológicas:

Una de las consecuencias que se deducían de la relatividad era que el universo tenía que estar expandiéndose, pero la creencia en un universo fijo era tan firme en la época que incluso Einstein se negó a tomar en consideración esta conclusión. Edmund Hubble realizó unas observaciones decisivas para que esta idea tomara cuerpo: en 1924 descubrió que había otras galaxias más allá de la Vía Láctea y posteriormente comprobó que se estaban alejando entre sí. Si se alejaba, esto significaba que la materia del universo tenía que haber estado concentrada en un punto, por lo que los físicos Alpher, Gamow y Herman propusieron en 1948 el modelo del Big Bang.

La física cuántica: Desde el S. XIX empezaron a tomar ideas referentes a la naturaleza corpuscular de la materia, por lo que se recuperó la teoría atómica adaptada a los nuevos descubrimientos. Pero hasta el S. XX no se logró demostrar que los átomos no eran partículas sólidas e indivisibles, sino que estaban compuestas por protones, neutrones y electrones. Esta dispersión ha podido ordenarse en familias y en la actualidad parece establecido que la realidad se compone básicamente de quarks y leptones.

Pero todos estos descubrimientos exigían una nueva forma de entender la física, porque las teorías de Newton fracasaban. Investigadores como Werner Heisenberg o Edwin Schrödinger hicieron contribuciones esenciales para la nueva física, cuyas conclusiones podrían ser las siguientes:

• La materia y la energía manifiestan características de ondas y de partículas a la vez. La radiación electromagnética, que hasta entonces se había considerado como una onda, en algunos casos tenía un comportamiento corpuscular. Un electrón, que se consideraba como un corpúsculo, en algunos casos debía ser considerado como una onda. Ya no había alternativa entre onda y corpúsculo.

• El principio de indeterminación de Heisenberg establece que no podemos conocer con exactitud y al mismo tiempo la velocidad y la posición de una partícula. Nuestro conocimiento de la realidad tiene un límite, por lo que cuanta mayor exactitud obtengamos estableciendo la velocidad, con menos seguridad podremos establecer su posición. Algunos físicos consideran que la realidad no es más que una ilusión del observador.

La superación de la ciencia moderna: