MEXIKO, v1, n4, 12 de marzo de 2009

MEXIKO, v1, n4, 12 de marzo de 2009
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Telescopios de Galileo
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Pláticas Populares sobre Astronomía, Astrofísica y Cosmología
en 2009, Año Internacional de la Astronomía.
David Bahena, PhD
Una mirada al cielo pudo hacerse desde el antiguo observatorio de Stonhenge. Más tarde, las observaciones
astronómicas de Galileo Galilei abrieron las puertas del cielo a la humanidad. Se inició una nueva etapa del
conocimiento humano. Hoy, todo el universo está en movimiento, siendo éste una propiedad de la materia cuya
forma de existencia es el espacio-tiempo.
1. Introducción
¿Qué sabemos del universo? ¿De dónde surgió? ¿A
dónde va? Se dice que en la historia han existido
diversas cosmovisiones. Los hindúes imaginaron a
la Tierra soportada por seis elefantes y las regiones
infernales llevadas por una tortuga apoyándose
sobre una serpiente.
Los antiguos mexicanos tenían otra visión.
Antes de éste habían existido otros mundos. Para los
mayas, descubridores del cero, el universo es un
cuadrado delimitado por un lagarto cuyo cuerpo está
cubierto de símbolos estelares. Dentro de ese
cuadrado se ubican tres niveles: el cielo, la tierra y
el inframundo. Del centro de la tierra sale una gran
Ceiba, cuyo tronco y ramas sostienen al cielo y
cuyas raíces penetran en el inframundo.
En el concepto griego temprano la Tierra
flota sobre agua con los cuatro elementos (aire,
agua, tierra y fuego) arriba. El éter, o quinta esencia,
es el quinto elemento. Las fuerzas naturales son dos:
la que sube y la que baja, dependiendo de la
densidad de los elementos.
Nuevas ideas surgieron con el Estado
esclavista cuyo dominio duró dos mil años. La
transición histórica motivó el desarrollo del
pensamiento. Lo refleja la Academia de Atenas,
fresco de Rafael Sanzio, que muestra a los filósofos,
científicos y matemáticos más importantes de la
época, como Platón, Aristóteles, Pitágoras,
Parménides, Heráclito, Euclides y Ptolomeo.
En esa época, Aristóteles creía que la Tierra
era esférica, no plana, pero estaba estacionaria. El
Sol, la Luna, los planetas y las estrellas se movían
en órbitas circulares alrededor de ella, y estaban
fijas en la esfera celeste.
El sabio griego estaba convencido que la
Tierra era el centro del universo y que el
movimiento circular era el más perfecto, producido
por una fuerza mística más allá de las estrellas fijas.
La obra de Aristóteles (literaria, política,
ética, física, metafísica, lógica, poética, biológica,
astronómica) estaba integrada coherentemente. Era
muy difícil atacar una parte sin atacar el todo. Por
ello prevaleció tanto tiempo.
Aristarco de Samos hizo un uso
emblemático de la Biblioteca de Alejandría, calculó
la distancia de la Tierra al Sol y encontró que era
mayor que la distancia de la Tierra a la Luna. Según
Plutarco y Arquímedes, fue el primero en proponer
un modelo heliocéntrico del sistema solar,
colocando al Sol y no a la Tierra en el centro del
universo conocido. Propuso también que la Tierra
gira en círculo oblicuo y rota sobre su propio eje.
En Alejandría, Hiparco de Nicea realizó el
primer catálogo de estrellas, inventó el teodolito
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para indicar las posiciones y magnitudes estelares, y
clasificó a las estrellas según su brillo. Inventó a la
trigonometría, dividió a la Tierra en meridianos y
paralelos, y utilizó las coordenadas de longitud y
latitud.
Las ideas de Aristóteles fueron ampliadas
por Claudio Ptolomeo, en el siglo II d.C., en cuyo
modelo, la Tierra era el centro del universo y estaba
en reposo, por ello los objetos caían hacia el centro
de la misma. La teoría geocéntrica del universo
prevaleció 1,400 años, los mismos que llevaba la
iglesia, el Estado esclavista y el feudal.
La iglesia católica adoptó el modelo como
una verdad establecida pues la imagen de ese
universo estaba de acuerdo con las Escrituras.
Además, presentaba la ventaja de dejar fuera de las
estrellas fijas una enorme cantidad de espacio para
el cielo y el infierno.
En el modelo ptolemaico, la Tierra estaba
en el centro rodeada por ocho esferas que
transportaban a la Luna, el Sol, y los cinco planetas
conocidos en ese tiempo: Mercurio, Venus, Marte,
Júpiter y Saturno. La esfera más externa
transportaba a las llamadas estrellas fijas. Lo que
había detrás de la última esfera nunca fue descrito
con claridad.
Una nueva transición histórica estaba en
marcha. El llamado descubrimiento de América
permitió que la extracción de minerales, el comercio
y la navegación se acrecentaran y extendieran a
nivel mundial. El feudalismo pronto dejaría su lugar
al capitalismo.
En Europa, los siglos XV y XVI
representaron un amplio movimiento de ruptura y
renovación en las artes, la literatura y las ciencias
que retomó los elementos de la cultura clásica. El
Renacimiento fue contemporáneo de los
descubrimientos y conquistas ultramarinas con la
expansión mundial del capitalismo. La introducción
de la imprenta y la existencia de las universidades
contribuyeron al surgimiento de una nueva relación
con la naturaleza.
La Escuela de Atenas, fresco de Rafael Sanzio
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2- La revolución copernicana
En 1514, quizás por miedo a ser tildado de hereje
por la iglesia, Copérnico empezó a circular en forma
anónima un modelo según el cual el Sol y los
planetas NO giran alrededor de la Tierra. La teoría
copernicana chocó con la Inquisición pero abrió el
camino a la astronomía moderna afectando a la
ciencia, la filosofía y la religión.
En este modelo el Sol estaba estacionado en
el centro, y la Tierra y los planetas se movían en
órbitas circulares alrededor de él. Con ello, la
naturaleza pierde su carácter teológico, el hombre
deja de ser el centro del universo.
En 1543, se publicó el libro “De las
revoluciones de las esferas celestes” (“De
Rervolucionibus”). Con un prólogo ajeno se
explicaba que se trataba de una hipótesis. Pero el
modelo heliocéntrico de Copérnico significó una
ruptura con el pasado produciendo una revolución
científica. Por supuesto, la teoría fue atacada por el
clero. A partir de las ideas de la antigüedad,
Copérnico puso a la Tierra en movimiento,
proponiendo un sistema solar finito y cerrado, con
las estrellas infinitamente alejadas.
El libro causó un gran impacto. Más que
heliocéntrico, se trata de un sistema helioestático. El
Sol no estaba en el centro del universo sino próximo
al mismo, la Tierra describía un giro completo
alrededor del Sol en un año y se estableció el orden
correcto de los planetas conocidos.
“De Revolutionibus” fue escrito en 6 partes.
Las ideas principales de la teoría indicaban que:
1- El mundo es esférico.
2- La Tierra es esférica y está en
movimiento.
3- La Tierra junto con el agua forman un
globo.
4- El movimiento de los cuerpos celestes
es regular y circular.
5- El movimiento de la Tierra es circular.
6- La Tierra NO es el centro.
7- El cielo es inmenso comparado con la
Tierra.
Después de Copérnico, frente a la rígida
visión conservadora de la iglesia, Giordano Bruno
expresó en escritos y conferencias sus ideas sobre la
pluralidad de los mundos y sistemas solares, el
heliocentrismo, la infinitud del espacio y el
universo, y el movimiento de los átomos.
Bruno fue perseguido por la Inquisición,
acusado de blasfemia, herejía e inmoralidad y
siempre rechazó todas las ofertas de retracción.
Encarcelado durante ocho años fue expulsado de la
iglesia y sus trabajos quemados en la plaza pública.
En 1660, antes de ser ejecutado se le ofreció
un crucifijo mismo que rechazó diciendo que
moriría como un mártir y que su alma subiría con el
fuego al paraíso. Al amanecer, fue quemado vivo en
la hoguera.
Modelo heliocéntrico de Copérnico
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3- El movimiento planetario
En Uraniborg, luego en Praga, Tycho Brahe diseñó
instrumentos para medir las posiciones de las
estrellas y planetas. Sus observaciones fueron
sistemáticas, noche tras noche, habiendo elaborado
nuevas tablas astronómicas. Realizó un catálogo de
más de mil estrellas. También observó cometas a los
que consideró objetos más allá de la Tierra.
El universo de Brahe es una combinación
del ptolemaico y el copernicano, en el cual, los
planetas giran alrededor del Sol pero, éste y la Luna
lo hacen alrededor de la Tierra. Para Brahe, la
Tierra permanecía estática con relación al universo.
En 1572, observó una Stella Nova en la
constelación de Casiopea publicando sus
observaciones y la evolución de su brillo. El suceso
cambió el concepto religiosos de un cielo
inmutable. La supernova permitió mirar a una
“estrella” que podía observarse a simple vista, de
noche y durante el día. Era la explosión de una
estrella masiva. Tycho escribió que debía
encontrarse más allá de los planetas junto a la esfera
de las estrellas fijas.
Johannes Kepler fue invitado por Brahe a
Praga. Desde estudiante Kepler era un copernicano
convencido. En un principio, creía que el
movimiento de los planetas debía seguir la armonía
pitagórica o música de las esferas. Según esta idea
solamente cinco poliedros podrían ser construidos
mediante figuras geométricas regulares. Es decir, el
universo estaba asociado con los sólidos platónicos.
Las observaciones de Tycho Brahe sobre
Marte le indicaron a Kepler que el movimiento
planetario no podía ser explicado por poliedros
perfectos. Entonces propuso su primera ley: los
planetas tienen movimientos elípticos, no circulares,
alrededor del Sol, modificando la teoría de
Copérnico.
Las leyes de Kepler cambiaron la física y la
astronomía aristotélica y ptolemaica. La tercera ley,
que explica como orbitan los planetas, conduciría a
Newton al descubrimiento de la ley de la
gravitación universal.
Kepler realizó su trabajo fundamental en el
campo de la óptica, inventó una versión mejorada
del telescopio refractor y legitimó los
descubrimientos astronómicos de Galileo.
En 1604, observó una supernova en la Vía
Láctea. En su obra “La nueva estrella en el pie de
Ophiuchus” proporcionó evidencias de que el
universo no era estático sino que estaba sometido a
importantes cambios. En 1618 escribió “Sueño de la
Luna” libro de ficción en apoyo a la teoría
copernicana.
Apenas unos años antes de las grandes
observaciones galileanas, Miguel de Cervantes
había publicado “El Quijote de la Mancha”,
mostrando la imposibilidad de restablecer la
caballería andante del feudalismo. “Con la iglesia
hemos topado Sancho” le dijo una vez el Quijote a
su escudero anticipando lo que vendría.
Orbitas elípticas propuestas por Kepler
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4. El inicio de la física moderna
Aristóteles consideraba que el reposo era el estado
natural de un cuerpo y éste solo se movía impulsado
por una fuerza o impulso. Deducía que un cuerpo
pesado debía caer más rápido que uno ligero.
También decía que todas las leyes naturales podían
deducirse por medio del pensamiento puro, no era
necesario comprobarlas por medio de la
observación.
Galileo Galilei se preocupó por ver si los
cuerpos con diferentes pesos caían con velocidades
distintas. Se dice que dejó caer diferentes pesos
desde la Torre inclinada de Pisa. Esa historia
probablemente no ocurrió. Pero, el principio de
“observación” cambió la historia de la ciencia.
El experimento implicaba que los cuerpos
caen con la misma rapidez. Por supuesto, una bola
de plomo caerá más rápido que una pluma, debido a
que ésta es frenada por la resistencia del aire. Pero
en la Luna, donde no hay aire, el plomo y la pluma
llegan al suelo al mismo tiempo.
Galileo dejó caer bolas de distintos pesos a
través de un plano inclinado y midió el tiempo que
tardaban en rodar diversas distancias. Sus
mediciones indicaron que cada cuerpo aumentaba
su velocidad al mismo ritmo, independientemente
de su peso, siguiendo un movimiento
uniformemente acelerado.
Estas mediciones servirían de base a
Newton para la obtención de las leyes del
movimiento. Cuando un cuerpo caía rodando,
siempre actuaba sobre él la misma fuerza (su peso)
y el efecto era acelerarlo de manera constante, es
decir, cambiar la velocidad en vez de ponerlo
simplemente en movimiento.
La supernova de 1604 renovó en Galileo sus
dudas acerca del modelo aristotélico de un cielo
inmutable. En 1608, un holandés solicitó una
patente para un catalejo que hacia mirar cercanos a
los objetos distantes. Galileo lo mejoró diseñando
uno más potente. Entonces, utilizó el telescopio para
observar el firmamento abriendo literalmente las
puertas del cielo a la humanidad.
En el “Mensajero celeste”, publicó que al
mirar la Luna, encontró que no era un disco liso y
perfecto sino que tenía montañas y estaba llena de
cráteres. En una acuarela dibujó las fases de la
Luna. Luego, miró cuatro lunas alrededor de Júpiter
a las que creía estrellas: Europa, Io, Ganímedes y
Calixto. Esto tuvo un gran significado pues los
partidarios del geocentrismo defendían que todos
los cuerpos giraban alrededor de la Tierra y no era
así, Júpiter y sus lunas giraban alrededor del Sol.
A Saturno lo observó en forma oblongada
atribuyéndolo a numerosas lunas girando a su
alrededor. Con el telescopio disponible no pudo
detectar los anillos. Fue hasta 1665 que Christian
Huygens observó claramente a Saturno y descubrió
su luna Titán.
En Orión, donde otros veían solo nubes
Galileo vio estrellas. Además del cinto y espada de
Orión encontró más de 500 estrellas esparcidas. Por
esa época se conocían siete Pléyades llamadas como
las estrellas de Tauro; Galileo miró cuarenta. La Vía
Láctea la vio como una acumulación de estrellas
unidas en forma de complejo.
Al observar las fases de Venus, Galileo
confirmó la teoría de Copérnico de que el planeta
gira alrededor del Sol. La iglesia estaba al tanto de
los descubrimientos y no tenía manera de objetarlos
pero discrepaba de la interpretación que se les daba.
En 1613, Galileo publicó las “Cartas sobre
las manchas solares”. Por primera vez defendió por
escrito al sistema copernicano. El trabajo fue
atacado y Galileo fue denunciado ante la
Inquisición. Mientras sus opositores insistían en que
el Sol era incorruptible y las manchas eran satélites
del mismo, Galileo decía que eran estructuras del
Sol en movimiento.
Luego publicó una teoría errónea sobre las
mareas. En 1616 fue llamado a Roma y advertido de
que las teorías copernicanas eran contrarias a las
Escrituras.
Galileo fue llevado a Roma para ser juzgado
por herejía ante la Inquisición. Luego de haber sido
torturado por órdenes del Papa Urbano VIII, su
amigo, admitió que quizá había ido demasiado lejos
en sus argumentos a favor del sistema copernicano a
pesar de los avisos previos de la iglesia católica
romana. Fue obligado a firmar una retracción
manuscrita y a abjurar públicamente de sus
creencias. De rodillas y con las manos sobre la
Biblia pronunció su abjuración en latín:
“Yo, Galileo Galilei, de setenta y dos años
de edad, arrodillado ante vosotros Inquisidores de la
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República Cristiana, juro que siempre he creído,
creo ahora y creeré en el futuro todo lo que la Santa
iglesia Católica y Apostólica predica y enseña.
“He sido hallado vehementemente culpable
de herejía al haber mantenido y creído que el Sol es
el centro inmóvil del universo y que la Tierra no es
el centro y se mueve.
“Abjuró con razón los dichos y herejías …
nunca más defenderé semejantes sospechas y si
conozco a alguno lo denunciaré ante este Santo
Oficio. Juro y prometo cumplir cuantas penitencias
me impusiese este Santo tribunal. Con mi propia
mano suscribo la presente, en el Convento de la
Minerva, el 22 de junio de 1633”.
Galileo había cedido verbalmente a las
exigencias de la iglesia para continuar sus estudios.
Lo que lo había llevado ante la Inquisición fue la
publicación del libro “Diálogo sobre los dos
principales sistemas del mundo”. En ese libro,
Galileo declaró que el sistema heliocéntrico no era
una simple hipótesis sino toda la verdad.
El libro está escrito en la forma de una
polémica entre un partidario de Aristóteles y
Ptolomeo y otro de Copérnico que intentan ganarse
para sus respectivas filosofías a un hombre común
(Sagredo). En la polémica, la cosmología
aristotélica es defendida débilmente por su ingenuo
partidario (Simplicio) y atacada vigorosamente por
el copernicano (Salviati).
Galileo escribió el libro en italiano. Cuando
se publicó hubo protestas masivas. El Papa se sintió
aludido como Simplicio. Entonces, Galileo fue
convocado a Roma. Por unas semanas rehusó viajar
debido a una enfermedad. El Papa, entonces, lo
amenazó con llevarlo encadenado.
En el juicio fue condenado a prisión
perpetua, sentencia que luego le fue conmutada por
un arresto domiciliario, primero en Siena y luego en
Florencia. Su obra fue prohibida y se le impuso la
pena rezar una vez por semana los siete salmos
penitenciales durante tres años.
En 1990, el cardenal Ratzinger, actual Papa,
dijo que “el juicio a Galileo fue razonable y justo”.
Galileo reemprendió su trabajo “Diálogo
sobre dos nuevas ciencias”. La Inquisición le
prohibido publicarlo pero en 1638 se publicó en
Leyden, después en Paris. En este libro se
establecen los fundamentos de la mecánica
poniendo fin a la física aristotélica.
De interés es el llamado principio de
relatividad galileano, basado en sistemas de
referencia inerciales, para determinar la
equivalencia entre el reposo y el movimiento
rectilíneo de dos observadores en movimiento
relativo. De acuerdo a este principio, el tiempo es
absoluto, lo mismo que la aceleración. En cuanto al
movimiento de la Tierra, éste se comprobó en 1851
con el Péndulo de Foucault.
Galileo presentando su telescopio al Dux de Venecia
Fuente: Institute and Museum of the History of Science, Florencia
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5. La física clásica
En los “Principios filosóficos y matemáticos” Isaac
Newton fundió las contribuciones científicas de
Copérnico, Kepler y Galileo. Formuló la teoría de la
gravitación universal y las leyes del movimiento.
También se propuso descubrir porqué las órbitas de
los planetas son elípticas.
Newton desarrolló el cálculo infinitesimal,
la mecánica, el movimiento planetario, y la teoría de
la luz y el color. Para Newton las leyes que rigen el
movimiento de la Tierra y demás cuerpos celestes
son las mismas. Pero la dinámica newtoniana
solamente se cumple en sistemas de referencia
inerciales y a velocidades menores comparadas con
la velocidad de la luz.
Primero, Newton centró sus estudios en la
óptica. Se propuso demostrar que la luz blanca está
compuesta por una mezcla de varios tipos de luz,
cada uno de los cuales produce un color diferente al
ser refractada por un prisma. También propuso una
teoría corpuscular de la luz.
Luego, estableció que la masa es una
cantidad de materia que se describe
matemáticamente. De acuerdo a la primera ley de la
dinámica, cuando no actúa ninguna fuerza sobre un
cuerpo, éste se mueve en línea recta con la misma
velocidad. La segunda ley afirma que un cuerpo se
acelerará, o cambiará su velocidad, a un ritmo
proporcional a la fuerza. La tercera indica que las
acciones entre dos cuerpos son mutuas y dirigidas
en sentidos opuestos.
Las leyes de Newton terminaron con la idea
de que el espacio es absoluto. En las leyes de
Newton no existe el espacio absoluto aunque él
creía que sí lo era. Al igual que Aristóteles, Newton
creía en el tiempo absoluto. Tiempo y espacio eran,
además, conceptos separados.
Newton descubrió la fuerza de la gravedad,
según la cual, todo cuerpo atrae a todos los demás
con una fuerza proporcional a la masa de cada uno
de ellos e inversamente al cuadrado de las distancias
que los separan. Esto explica porqué todos los
cuerpos caen con la misma rapidez.
La fuerza gravitatoria depende de la masa
de los cuerpos pero la aceleración es la misma. Esta
ley indica también que cuanto más separados estén
los cuerpos menor será la fuerza gravitatoria entre
ellos. Así, encontró que la gravedad es la causa de
que la Luna se mueva alrededor de la Tierra y los
planetas alrededor del Sol; también es responsable
de la subida y bajada de las mareas, y del
movimiento de los cometas.
La teoría gravitatoria de Newton permitió
más adelante comprender el colapso de una estrella.
En equilibrio, la luz escapa de la superficie de la
estrella. A medida que ésta colapsa, la luz es
devuelta a la superficie estelar. Cuando el campo
gravitatorio es demasiado intenso la luz ya no puede
escapar dando lugar a un agujero negro, cuestión
que se comprobaría después.
Los “Principia” de Newton
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6. La física relativista
Alberto Einstein desempeñó un papel muy
importante en el desarrollo de la teoría cuántica,
según la cual, un sistema no tiene una sola historia
sino muchas posibles, cada una con una cierta
probabilidad. Propuso que la energía se emite en
cantidades fijas. Este es el efecto cuántico, el cual
establece que, la energía puede ser expresada como
múltiplos enteros de una determinada cantidad de
energía. También sugirió que la luz podía ser
considerada como una colección de partículas de
energía independientes.
En 1905 propuso la teoría especial de la
relatividad. El postulado fundamental de esta teoría
es que las leyes de la naturaleza deben ser las
mismas para todos los observadores en movimiento,
independientemente de su velocidad. Por otra parte.
La velocidad de la luz es la misma
independientemente de la velocidad de los cuerpos
en movimiento.
La física de Newton funciona bien para
velocidades pequeñas comparadas con la velocidad
de la luz, considerada finita, pero no cuando son
cercanas a ésta. De acuerdo a la teoría de Einstein
ningún objeto con masa puede viajar a una
velocidad mayor a la de la luz. Solo las ondas que
no poseen masa intrínseca pueden moverse a la
velocidad de la luz. Según esta teoría hay una
equivalencia entre masa y energía expresada en su
famosa ecuación E=mc2.
Einstein eliminó el concepto de tiempo
absoluto y unificó al concepto espacio-tiempo.
Ahora, el espacio y el tiempo son cantidades
dinámicas y relativas. Cuando un cuerpo se mueve o
una fuerza actúa sobre él, afecta la curvatura del
espacio y del tiempo. A su vez, la estructura del
espacio afecta el modo en que los cuerpos se
mueven y las fuerzas actúan.
En 1915, propuso la teoría general de la
relatividad, según la cual, la gravedad no es una
fuerza como las otras, sino una consecuencia de que
el espacio-tiempo no sea plano sino curvado por la
distribución de materia y energía. La Tierra no se
mueve en órbitas curvas por la gravedad sino que
sigue una trayectoria recta en un espacio curvo
llamado geodésica. La masa del Sol curva el
espacio-tiempo. La Tierra sigue un camino recto en
el espacio-tiempo cuadridimensional pero parece
que se mueve en una órbita circular en el espacio
tridimensional.
Los rayos de luz también deben seguir
geodésicas en el espacio-tiempo. La luz ya no
parece viajar en líneas rectas pues es desviada por
los campos gravitatorios. Esto es posible observarlo
durante un eclipse solar que ocurrió en 1919.
Las consecuencias de esta teoría son varias.
El espacio y el tiempo son afectados por todo
aquello que sucede en el universo; no tiene sentido
hablar del espacio y del tiempo fuera de los límites
del universo. Además, el tiempo transcurre más
lentamente cerca de un cuerpo de gran masa.
De esta manera, el tiempo y el espacio
aparecen ahora como cantidades dinámicas con
cada partícula o planeta, poseyendo su propia y
única medida del tiempo que depende de dónde y
cómo se mueva. Los nuevos conceptos de espacio y
tiempo revolucionaron nuestra imagen del universo.
La vieja idea de un universo inalterable que había
existido y continuaría por siempre, fue reemplazado
por un universo dinámico, en expansión, que parece
haber comenzado y terminar en un tiempo finito.
La expansión del universo fue demostrada
en 1924 por Alexander Friedmann al resolver las
ecuaciones de Einstein. No obstante, éste insistía en
que su universo era estático. En 1929, Edwin
Hubble observó que las galaxias distantes se están
alejando, es decir, el universo está en expansión.
Eso significaría que el tiempo empezó en algún
momento. Cuando Einstein, invitado por Hubble,
observó a través del telescopio de Monte Palomar,
expresó autocríticamente: “Es el mas grande error
de mi vida”.
A partir de las ecuaciones de Einstein, hay
varios modelos probables de universo mismo que
podría ser plano, esférico o en forma de silla de
montar. En los modelos con “Big Bang”, el
universo podría haber surgido de un punto o
singularidad, luego tuvo un período inflacionario,
después siguió la expansión y ahora la aceleración.
Pero la expansión podría llevar a la contracción y,
luego de ese “Big Crunch”, colapsar en un agujero
negro. También, podría tener una expansión infinita
sin formación de galaxias ni estrellas.
Sin embargo, hay nuevas teorías acerca de
cómo pudo haber comenzado el universo. Una
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forma alternativa estaría dada por el modelo de
cuerdas y membranas. La teoría de cuerdas afirma
que todas las partículas son expresiones de un
objeto básico unidimensional llamado “cuerda”. Se
trata de un esquema teórico para explicar a todas las
partículas y fuerzas fundamentales de la naturaleza
en una sola teoría.
En la teoría de cuerdas los campos físicos se
consideran como vibraciones de cuerdas delgadas
supersimétricas que se mueven en el espacio-tiempo
de más de 4 dimensiones.
De acuerdo a la teoría de membranas, o
teoría M, cuando dos “branas” se aproximan se
cruzan en varias dimensiones para crear uno o
muchos “Big Bangs”. El contacto cataclísmico las
separa y al hacerlo regenera las energías latentes.
Es decir, si el universo es una membrana
multidimensional, el “Big Bang” podría haber sido
la colisión de una “brana” con otra paralela y no
sería el origen del universo sino una transición.
Estos modelos incluyen efectos cuánticos y
excluyen a la singularidad.
Curvatura del espacio-tiempo
Desviación de la luz por un cuerpo masivo
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7- El universo hoy
Hoy en día, el conocimiento de la naturaleza reside
en tres teorías fundamentales: la newtoniana que
describe a la gravedad en términos de una fuerza
que actúa a distancia y funciona para el sistema
solar pero no para campos gravitatorios intensos; la
teoría cuántica que describe los fenómenos
atómicos y subatómicos; y, la teoría de la
relatividad que considera a la gravedad como una
curvatura del espacio-tiempo causada por la masa y
la energía que contiene.
La Vía Láctea ha sido ampliamente
estudiada y contiene más de cien mil millones de
estrellas. Se encuentra que rota y es una de las 14
que forman al Grupo Local, que a su vez forma
parte de supercúmulos de galaxias, existiendo más
de cien mil millones de galaxias.
El Telescopio Espacial Hubble (HST), que
orbita la Tierra, es la versión del siglo XXI del
telescopio de Galileo continuando las observaciones
y contrastándolas con los modelos teóricos. Con
este telescopio ha sido posible observar y registrar
fotográficamente a multitud de galaxias en el
llamado “Campo Profundo de Hubble”.
Con el uso de satélites como el Wilkinson
Microwave Anisotropy Probe (WMAP) ha sido
posible medir a la radiación de fondo de
microondas, proveniente del “Big Bang”, y se han
detectado fluctuaciones cuánticas que al evolucionar
podrían haber dado lugar a la formación de
estructura en el universo. Se han determinado
nuevos parámetros cosmológicos. A gran escala, el
universo parece ser plano, sin fronteras ni bordes.
Al parecer el universo empezó de un punto
o singularidad, cuya física no se conoce, luego pasó
por una fase de inflación en la fase temprana que
produjo una expansión exponencial, para expandirse
después a otro ritmo. A partir de la formación de las
primeras estructuras cósmicas, se pasó de un
universo relativamente simple a uno complejo, de
estrellas y galaxias, como ahora lo vemos. Este
universo, sin embargo, es muy pequeño pues la
mayor parte no se ve, estando formado por materia
oscura y energía oscura, cuya naturaleza se
desconoce. Se considera que la energía oscura es
responsable de la aceleración del universo.
Nuevos proyectos están en marcha. Tal es el
Telescopio Espacial Webb, que sustituirá al Hubble
en 2011, estará formado por espejos hexagonales y
será hasta 100 veces más potente. También está el
proyecto del satélite Planck, que sustituirá al
WMAP, con el cual se espera mirar más lejos, tal
vez el momento en que se formaron las primeras
estrellas del universo.
Se dice, como parte del mito, que Galileo al
levantarse de la abjuración que lo puso de rodillas
susurró en voz baja “Y sin embargo se mueve”. Eso
probablemente no ocurrió pero la frase suena como
un desafío al oscurantismo y la determinación de
buscar la verdad en las circunstancias más adversas.
Hoy se sabe que todo en el universo se
mueve y eso tiene un alto significado. La materia
está en movimiento y no existe movimiento sin
materia. El movimiento ocurre en el espacio-tiempo
que son formas de existencia de la materia.
Referencias
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Kepler, Newton, Einstein, Rafael, en
www.wikipedia.org
Bergmann P.G. 1976, Introduction to the Theory of
Relativity, Dover, New York.
Copérnico N. 1999, Revoluciones de las Orbitas
Celestes, Tomos I-III, IPN, México.
Cosmología Maya, en
www.mayasautenticos.com/authentic_maya.htm
Eyges L. 1972, The Classical Electromagnetic Field,
Dover, New York.
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Veneziano G. 2006, The Myth of the Beginning of
Time, en Scientific American, Vol. 16, No. 1, p. 72.
2009 kosmos 1 (4) 12
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