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Universo singular. Javier Sánchez Cañizares
Читать онлайн.Название Universo singular
Год выпуска 0
isbn 9788418360336
Автор произведения Javier Sánchez Cañizares
Жанр Документальная литература
Серия Razón Abierta
Издательство Bookwire
1. UNA INTRODUCCIÓN A LA TEORÍA DEL BIG BANG
Conocer, aunque solo sea someramente, la historia de cómo la humanidad ha intentado responder a las grandes cuestiones que se han planteado a lo largo de los siglos es uno de los mejores modos de familiarizarse con dichas cuestiones. Como decíamos, la consideración rigurosamente científica del origen del universo es un problema relativamente nuevo en la historia. Sin embargo, su aparición en el pensamiento humano puede considerarse como muy antigua.
1.1. LA HISTORIA DEL BIG BANG
Aunque nuestros conocimientos sobre la historia humana oral y escrita tienen menos de cinco mil años, se desprende de distintos datos arqueológicos que el hombre tiene preocupación por el mundo en el que vive y se forma ideas sobre el universo desde mucho antes. Podemos afirmar que los rastros se pierden en el tiempo. Cuando el hombre se hizo agricultor, necesitó escrutar los cielos para regular mejor los períodos de siembra y cosecha y así conseguir mayor eficiencia en su nuevo modo de supervivencia. Entonces la observación de la naturaleza, y fundamentalmente del comportamiento cíclico en los movimientos de los cielos, se convirtió en una tarea importante. Esa ocupación le permitió coleccionar durante un par de milenios un conjunto de observaciones que se acumularon paralelamente a las diferentes teorías que se desarrollaron para explicarlos.
1.1.1. El modelo geocéntrico
El primer modelo relativamente completo utilizado para predecir los movimientos celestes es el modelo geocéntrico, que se recuerda asociado al nombre de Claudio Ptolomeo (siglo II d. C.), quien recopiló muchos datos de siglos anteriores. Este modelo presenta un universo con la Tierra en el centro, la luna girando en torno a ella y el resto de los planetas (planeta significa ‘cuerpo errante’) describiendo complicados movimientos sobre un fondo de estrellas supuestamente fijas. Con este modelo se lograba comprender y predecir algunas regularidades de los movimientos celestes, como los eclipses, hasta entonces considerados como acontecimientos misteriosos por la mayoría de la humanidad. Más importante aún es la visión global del universo que ofrece el modelo de Ptolomeo. Se trata de una visión no unificada, donde se yuxtaponen el mundo sublunar —que engloba los cambiantes fenómenos que se dan en la tierra y su atmósfera, «por debajo» de la luna— y el mundo supralunar —en el que tendrían lugar los movimientos estables y sin ningún tipo de degradación de los astros celestes—. El mundo supralunar era, en definitiva, muy diverso del sublunar, y se asociaba a la idea de un universo inmutable y eterno.
Aunque algunos astrónomos habían concebido con anterioridad un modelo heliocéntrico (Aristarco de Samos, en el siglo III a. C.), este no presentaba ventajas evidentes. Por el contrario, parecía natural situar la Tierra como origen de un sistema de referencia absoluto para estudiar los movimientos celestes, debido a la existencia de la fuerza de la gravedad, que hace que todo caiga hacia el centro. La falta de explicación para el origen de esta fuerza, utilizando solo el sentido común, mantendrá durante muchos siglos el modelo geocéntrico como la solución más lógica.
1.1.2. Los modelos heliocéntricos
El cambio de una teoría física por otra suele venir motivado por avances en las mediciones experimentales de los fenómenos. Datos nuevos y más precisos hacen cada vez más complejas las explicaciones mediante la teoría antigua y apuntan hacia un nuevo modelo teórico que permita un esquema de comprensión más sencillo de todo lo que se sabe. Así, hubo que esperar hasta los siglos XVI y XVII para asistir a la sustitución del modelo geocéntrico por el modelo heliocéntrico gracias a las extraordinarias observaciones astronómicas de Tycho Brahe (1546-1601) y a las contribuciones teóricas de Nicolás Copérnico (1473-1543), Johannes Kepler (1571-1630) y Galileo Galilei (1564-1642).
Los modelos heliocéntricos —cada vez más refinados para tener en cuenta que las órbitas de los planetas no eran circulares (Copérnico), sino elípticas (Kepler)— pasaron a describir mejor los nuevos datos experimentales. No obstante, aún adolecían de un problema fundamental. Podían entenderse simplemente como hipótesis matemáticas que permitían cuadrar mejor los cálculos y las predicciones, pero no estaba claro si se referían a cómo se dan verdaderamente los fenómenos en la realidad.3 Para ello era necesario tener una teoría más profunda —no solamente cinemática, sino dinámica— que explicara qué fuerzas entre los planetas podían dar lugar a ese tipo de órbitas elípticas en torno al sol. En esa tesitura, el modelo heliocéntrico tenía soporte racional y disfrutaba de observaciones experimentales adecuadas, pero hasta los trabajos de Isaac Newton (1642-1727) dicho modelo no pudo considerarse como lo que actualmente se denomina una teoría científica.
Es Isaac Newton quien unifica la mecánica celeste y la mecánica sobre la Tierra —el mundo sublunar y el mundo supralunar— mediante una explicación común. Es decir, algo que ya es, propiamente hablando, una teoría física. En su trabajo, se abandona definitivamente la idea de la dualidad de mundos y se relacionan las observaciones astronómicas con las del movimiento terrestre. Newton formula sus tres leyes de la mecánica (ley de inercia, de la aceleración y de acción-reacción) para explicar el movimiento a partir de las fuerzas que actúan sobre un móvil. Estas tres leyes, junto con la ley de gravitación universal (la atracción entre dos cuerpos es proporcional a sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos), son capaces de explicar, con una aproximación extraordinaria, los movimientos de todos los astros que observamos en el universo. Las leyes de Newton se pueden expresar matemáticamente y, con dichas ecuaciones, se pueden realizar predicciones sobre fenómenos futuros, susceptibles de ser comprobadas experimentalmente. La mecánica celeste y universal de Newton se convierte en el paradigma del moderno método científico y produce la primera gran unificación de la física, que durará casi dos siglos.
Ahora bien, la mecánica newtoniana dará lugar a profundas reflexiones sobre el significado y la validez de los conceptos de espacio y tiempo. Para presentar su nueva teoría, Newton ha introducido la antigua idea de espacio concebida por Euclides: un lugar vacío, isótropo y homogéneo, en el cual reside o aparece la materia. En el espacio absoluto no existe un lugar privilegiado para situar un sistema de referencia, ya sea el centro de la Tierra, el Sol o cualquier otro punto del universo. Para Newton, el espacio y el tiempo están desacoplados entre sí y están desacoplados del resto de las magnitudes físicas. El espacio y el tiempo del universo físico permanecen infinitos e inmutables. El universo newtoniano no tiene necesidad de un origen en el espacio o en el tiempo.
1.1.3. La aparición de la teoría de la relatividad
Habrá que esperar hasta las primeras décadas del siglo XX para ver cambiar radicalmente esta concepción del universo, gracias a la teoría de la relatividad de Albert Einstein (1879-1955), que publica la versión especial en 1905 y la versión general en 1915. La teoría especial de la relatividad mantiene la constancia de la velocidad de la luz con independencia del estado de movimiento del observador que la está midiendo (algo tremendamente opuesto a nuestras percepciones habituales), de manera que la medida del espacio y del tiempo ha de ser relativa; debe cambiar según el estado de movimiento del observador. La teoría general de la relatividad (la extensión de la teoría a la dinámica) considera al espacio y al tiempo como variables fundamentales de la naturaleza que han de entrar en las ecuaciones que gobiernan todos los procesos físicos. Ya no son simples parámetros absolutos que hay que tener en cuenta solo para describir dónde y cuándo suceden los fenómenos. Ellos mismos pertenecen al ámbito de los fenómenos. De esta forma, la teoría de Einstein no habla del espacio y del tiempo por separado, desacoplados entre sí y del resto del mundo. El espacio-tiempo tiene una geometría (unas leyes de medida) que cambia dependiendo de la presencia de cuerpos masivos. La presencia de masa curva la geometría del espacio-tiempo, de tal manera que los movimientos de los cuerpos debidos a la interacción gravitatoria no provienen de fuerzas que se ejercen a distancia, sino de la curvatura del espacio-tiempo