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5. Las Cosmovisiones.
Introducción.- Nuestra concepción del cosmos, cómo ha surgido, cómo ha evolucionado hasta ser como es en la actualidad, y cómo evolucionará en el futuro, tiene su origen en cosmologías primitivas de tipo mítico que parecen estar presentes en las épocas
más remotas de la humanidad. Muchas de las religiones actuales conservan en todo o
en parte tales concepciones, que, en cualquier caso, también siguen perviviendo en personas que no se calificarían a sí mismas de creyentes.
La concepción actual del cosmos (cosmología) se ha construido muy lentamente a
partir de dichas concepciones primitivas. En este proceso podemos señalar una serie de
momentos más importantes:
5.1. La cosmología de la Grecia clásica y la helenística.- La principal aportación de
la cultura clásica grecolatina es la idea de que el cosmos no surge y evoluciona por voluntad caprichosa de los dioses, sino que hay leyes permanentes que rigen el cosmos y
son conocibles mediante la observación y el razonamiento.
5.1.a. Los filósofos presocráticos.- Los primeros filósofos como Tales, Anaximandro,
Anaxímenes o Heráclito, que son al tiempo los primeros científicos, afirman que el
cosmos surge de un material original (una primera sustancia), a partir de la cual surgen
las demás sustancias y, en definitiva el cosmos actual. Más tarde Parménides razona
que el imposible que la realidad cambie, con lo que se establece la idea de un universo
permanente e inmutable. Finalmente, los atomistas Demócrito y Leucipo nos hablan de
que el cosmos está constituido por átomos indestructibles que vagan por el espacio y
que como resultado de los choque se constituyen diversos mundos tanto simultáneos
como sucesivos. De entre todas las concepciones que nos ha legado la antigüedad, Demócrito es quien más se ha acercado a nuestra imagen actual del cosmos.
5.1.b. Platón.- Influido por Parménides y Pitágoras, en su teoría de las ideas imagina
que hay dos mundos, uno permanente, inmutable y perfecto y otro, en el que vivimos,
constituido por seres que son copias imperfectas de aquel, hechas por un Demigurgo.
Esta concepción de la realidad influyó en gran manera en las religiones monoteístas
posteriores.
5.1.c. Aristóteles.- Para Aristóteles el cosmos está constituido por una serie de esferas
concéntricas. La tierra permanece inmóvil
en el centro de dicho sistema (Sistema
Geocéntrico). Hay una esfera que contiene
a la Luna y otras esferas que contienen al
sol y a los distintos planetas conocidos en
la antigüedad (Mercurio, Venus, Marte,
Júpiter y Saturno). Finalmente estaría la
esfera que contiene a las denominadas estrellas fijas. Fuera de este sistema geocéntrico estaría Dios, el primer motor, quien,
por atracción, comunica el movimiento a
las otras esferas. La tierra y la esfera de la
luna formaría el mundo de lo natural, sujeto a devenir y constituido por los cuatro
elementos: Tierra, fuego, Agua y Aire. Los planetas y las estrellas, que se encuentran en
las demás esferas que giran con movimientos circulares en torno a la tierra, están hechos
de un material diferente, de una quinta esencia, que es inmutable.
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5.1.d. Aristarco de Samos.- La concepción aristotélica parecía estar con consonancia
con la mayoría de nuestras observaciones: Desde nuestro punto de vista el universo parece girar a nuestro alrededor una vez al día y la tierra parece estar quieta, inmóvil. Sin
embargo había dos hechos incompatibles con la concepción geocéntrica: Las estaciones
y el aparente retroceso de los cinco planetas en su movimiento en torno a la tierra.
Aristarco nació Samos -Grecia- en el año 310 a.C. y murió en el 220 a.C. De lo que
se conoce de sus ideas sobre el cosmos se puede deducir que:
1. Fue uno de los primeros en promulgar la teoría Heliocéntrica
2. Comenzó a medir la distancia y comparar los tamaños relativos en la cosmología
utilizando la trigonometría.
3. Explicó los movimientos de rotación (lo que explicaría el ciclo día-noche, y el
movimiento diario aparente de los astros alrededor de la tierra) y traslación terrestres
(lo que explicaría el movimiento aparente de los planetas)
4. Dedujo que la orbita de la tierra se encuentra inclinada lo que explicaría las estaciones.
5. Amplió el tamaño del universo conocido - aunque con un gran margen de error.
6. Asumió que el Sol era una estrella más de las que se observan en el cielo y, probablemente, que las estrellas eran otros soles.
5.1.e. Claudio Ptolomeo Astrónomo y geógrafo propuso el sistema geocéntrico como
la base de la mecánica celeste vigente más de 1400
años hasta la crítica realizada por Copérnico en De
Revolutionibus (1543).
. Nació en Egipto aproximadamente en el año 85 d.C.
y murió en Alejandría en el año 165 d.C. Su obra
más importante es El Almagesto, cuyo título original
era Colección Matemática y, posteriormente, Gran
Compilación, pero que siempre ha sido conocido por
su traducción al árabe
Su teoría geocéntrica describe un universo basado
en el sistema descrito por Aristóteles en donde la
tierra se encontraba fija y rodeada por 8 esferas: las
primeras 7 con el Sol la Luna y los 5 planetas conocidos en ese momento y la octava con las estrellas
fijas. Utilizando modelos geométricos circulares utilizó las esferas para predecir la posición de los astros.
El aparente retroceso de los planetas exteriores se
explicaba basándose en la teoría de los epiciclos de
Apolonio de Pérgamo, en la que se supone que cada
uno de ellos tiene un movimiento de rotación dentro
de su propia esfera.
De esta manera, a pesar de todos los errores que
Claudio Ptolomeo cometió en sus trabajos fue uno
de los astrónomos que cambió la visión del universo
e intentó explicar científicamente la mecánica de los
astros. El hecho de que su equivocada teoría haya
permanecido por tan largo tiempo no depende de él
mismo, sino de las comunidades, principalmente religiosas, que se encontraron muy
cómodas con la teoría geocéntrica por la compatibilidad con sus creencias.
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5.2. La cosmología en el Medioevo.- Como se ha dicho en el párrafo anterior, la cosmología medieval se halla anclada en la concepción aristotélico-ptolemaica, supuestamente de acuerdo con las sagradas escrituras. No obstante hay dos aspectos que debemos señalar:
-Algunos hechos cuestionaban claramente dicho modelo: Los cometas, la aparición
de nuevas estrellas, la explosión de supernovas, y desde luego, el cambio de las estaciones o la retrocesión de los planetas seguían sin ser adecuadamente explicados…
-Aunque de forma minoritaria, ya algunos pensadores cristianos opinan que las sagradas escrituras no debían interpretarse literalmente.
5.3. La cosmología en el Renacimiento y la modernidad.5.3.1. Nicolás Copérnico.- Astrónomo polaco, (1473- 1543), como tantos otros astrónomos de su tiempo, no se sentía satisfecho con
la teoría del universo geocéntrica generalmente
aceptada... Leyendo a los autores griegos descubrió que algunos, como Aristarco de Samos, habían llegado a sugerir que la tierra y los planetas
giran en torno al Sol.
En 1543 se publica su “De revolutionibus orbiun celestium” en la que se expone la moderna
concepción heliocéntrica, situando al Sol firmemente el centro del universo, con los planetas
girando en torno suyo. La Tierra queda como un
planeta que gira en torno al Sol y sobre sí misma
cada 24 horas, con el eje de rotación inclinado
sobre el eje de la eclíptica (lo que explicaría las
estaciones). La Luna se mantiene como satélite de la Tierra. Sin embargo, aún mantenía
algunos principios de la antigua cosmología, como la idea de las esferas dentro de las
cuales se encontraban los planetas y la esfera exterior donde estaban inmóviles las estrellas. Esta teoría heliocéntrica explicaba de forma sencilla los cambios diarios y anuales
del Sol y las estrellas, así como el aparente movimiento retrógrado de Marte, Júpiter y
Saturno, y la razón por la que Venus y Mercurio nunca se alejaban más allá de una distancia determinada del Sol.
La iglesia católica no atacó excesivamente la teoría de Copérnico, hasta que ésta fue
engrandecida y defendida por Giordano Bruno, un exdominico que había encontrado
mucho que criticar en la iglesia y había publicado muchos libros rebeldes atacándola.
En tales libros ensalzaba la teoría Copérnicana, y fue esto, más que otra cosa, lo que
determinó que las publicaciones de Copérnico fuesen incluidas en el Index Librorum
Prohibitorum en 1616.
5.3.2. Tycho Brahe (1546-1601).- El astrónomo danés Tycho Brahe llegó a una concepción intermedia, según la cual la Tierra permanecía estática y el resto de los planetas
giraban alrededor del Sol, que a su vez giraba también alrededor de la Tierra.
Sin embargo, Brahe es más importante por sus observaciones astronómicas, anotando con extraordinaria precisión (de 8 minutos de arco, aún no se había inventado el telescopio) la posición de determinados cuerpos celestes, particularmente de Marte. Dichas anotaciones fueron el punto de partida de la obra de las leyes keplerianas.
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5.3.3. Galileo Galilei (1564-1642).- En 1609 construye el primer telescopio y en 1610
publica el resultado de sus observaciones en “Sidereus Nuntius”, aportando pruebas
decisivas a favor de la teoría copernicana y en contra del geocentrismo: las fases de Venus, de montañas y valles en la Luna, de los 4 satélites de Júpiter y de las machas solares.
En 1630 publica “Diálogos sobre los dos máximos sistemas del mundo”, en la que
expone en forma de diálogo los argumentos a favor del heliocentrismo y en contra del
geocentrismo.
En 1633 es condenado por la inquisición a abjurar de sus ideas, lo que, en no pequeña
parte, contribuyó a su divulgación y al descrédito de la Iglesia católica en temas científicos.
5.3.4. Johannes Kepler (1571-1630).- Durante toda su vida intentó encajar las observaciones sobre los planetas con la mística teoría de los sólidos regulares de Platón. Finalmente, la fidelidad a las observaciones, por muy perturbadoras que parecieran, pudo
más en su ánimo y basándose en las anotaciones de Brahe, formuló empíricamente las
tres leyes que llevan su nombre y que describen el movimiento de los cuerpos celeste:
1ª Ley.- Los Planetas se mueven en órbitas elípticas con el son en uno de los focos de
la elipse.
2ª Ley El radio vector que una el planeta con el sol recorre áreas iguales en tiempos
iguales.
3ª Los cuadrados de los períodos de los planetas son proporcionales a los cubos de
sus distancias medias (semieje mayor) al Sol. Basándose en ella derivó las distancias
de los planetas y sus períodos desde consideraciones de armonía musical.
(Nota.- Buscar animaciones –applets- Kepler leyes animaciones)
5.3.5. Isaac Newton (1642-1727).- Hacia 1684 formula ley de la gravitación universal,
que afirma que la fuerza de atracción que experimentan dos cuerpos dotados de masa es
directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia que los separa (ley de la inversa del cuadrado de la distancia).
La ley incluye una constante de proporcionalidad (G) que recibe el nombre de constante
de la gravitación universal.
5.3.6.-Urano y Neptuno: La confirmación de la teoría.- Hasta este momento se había
ido imponiendo el modelo heliocéntrico copernicano, corregido y ampliado por las
aportaciones de Galileo, Kepler y Newton. Pero se trataba de teorías ad hoc, teorías o
leyes que explicaban hechos conocidos. La confianza en dichos modelos aumentó sobremanera cuando basándose en ellos se pudo predecir la existencia de objetos (los planetas Urano y Neptuno) hasta ese momento desconocidos.
Urano fue descubierto por William Herschel en 1781, y fue catalogado como una
estrella. Si embargo el estudio de su movimiento llevó a la conclusión de que se trataba
de un planeta.
El estudio de las perturbaciones de la órbita de Urano con respecto al modelo predicho
por las leyes de Kepler, llevó a la conclusión de que debía de haber otro planeta más
lejano que con su gravedad sería el causante de dichas perturbaciones. El resultado de
los cálculos llevó al astrónomo de Berlín J.G. Galle la noche del 23 de setiembre de
1846 a descubrir el nuevo planeta, muy cerca del lugar indicado por Leverrier. Leverrier
comparte los honores del descubrimiento matemático de Neptuno, con el inglés John C.
Adams, ya que, aunque la observación realizada a sugerencia de Leverrier condujo al
descubrimiento de Neptuno, fue Adams el primero que predijo su posición.
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5.4.-El Universo en expansión.5.4.1.- El prejuicio del Universo estable.- Llama la atención cómo el universo siempre
ha sido concebido como algo estable, permanente, inalterable. Acontecimientos más o
menos extraordinarios como la aparición de un cometa o la aparición de una nueva estrella no habían logrado poner en cuestión tal prejuicio.
Incluso de la ley de la gravitación universal de Newton se deducía, casi necesariamente, que el universo no podía ser estable, ya que si cada masa atraía a las demás, el
universo debería terminar contrayéndose. Para evitar esta conclusión, se habían propuesto diversas alternativas: que el universo era infinito (Newton), lo que causaría dicha
estabilidad o que la gravedad era repulsiva a grandes distancias (Einstein).
5.4.1.- La observación crucial.- En los años 20 de siglo pasado Cumason y Hubble
realizaron la observación crucial de que los espectros de las galaxias lejanas presentaban
todos un corrimiento hacia el rojo y que dicho corrimiento era tanto mayor cuanto mayor era la distancia a la que se encontraban dichas galaxias. Dicha observación crucial
fue interpretada relacionándola con el efecto Doppler y surgió la idea de que en el universo en su conjunto se estaba alejando de nosotros. Como no tenía sentido afirmar que
la tierra fuera un lugar especial en el que todo se está alejando de nosotros, se llegó a la
conclusión de que el universo se estaba expandiendo y que, por tanto, cada punto se iba
alejando de todos los demás, como los puntos pintados en la superficie de un globo que
se va inflando y, en consecuencia, cada punto se va alejando de todos los demás.
Si el universo se está expandiendo, la conclusión lógica es que tuvo que haber un
momento en el pasado en el que toda la materia estaba concentrada en un punto, a partir
de cuyo momento empezó a expandirse debido a una gigantesca explosión (Big- Bang),
expansión que va siendo frenada por la gravedad. A partir de este momento se calculó
dicha velocidad de expansión, con lo que se pudo deducir con cierta aproximación
cuándo ocurrió dicha explosión (inicialmente se situó entre 10.000 y 20.000 millones de
años; hoy se suele situar en torno a 12.700 millones de años), y cuál sería el decurso
futuro de universo (si continuará expandiéndose indefinidamente, si se llegará a una
situación de cierta estabilidad o si se invertirá dicho proceso llegando a la contracción
del cosmos).
5.4.2.- La confirmación de la teoría de Big-bang.La teoría de la expansión de
cosmos o teoría de Big-bang no empezó a gozar de general aceptación hasta 1965, en
que “dos físicos norteamericanos de los laboratorios de la Bell Telephone en Nueva
Jersey, Arno Penzias y Robert Wilson, estaban probando un detector de microondas
extremadamente sensible… se sorprendieron al encontrar que su detector captaba más
ruido del que esperaban. El ruido no parecía provenir de ninguna dirección en particular... El ruido extra era el mismo para cualquier dirección desde la que se observara, de
forma que debía provenir de fuera de la atmósfera. El ruido era también el mismo durante el día, y durante la noche, y a lo largo de todo el año, a pesar de que la Tierra girara sobre su eje y alrededor del Sol. Esto demostró que la radiación debía provenir de
más allá del sistema solar, e incluso desde más allá de nuestra galaxia, pues de lo contrario variaría cuando el movimiento de la Tierra hiciera que el detector apuntara en
diferentes direcciones. De hecho, sabemos que la radiación debe haber viajado hasta
nosotros a través de la mayor parte del universo observable, y dado que parece ser la
misma en todas las direcciones, el universo debe también ser el mismo en todas las direcciones, por lo menos a gran escala. En la actualidad, sabemos que en cualquier dirección que miremos, el ruido nunca varía más de una parte en diez mil…” (Historia del
tiempo, Stephen W. Hawking)… Dicha radiación encontrada fue interpretada como
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eco del Big-bang. A partir de este momento a teoría empezó a gozar de general aceptación.
5.4.2.- El estado actual de la cuestión sobre la concepción del cosmos.5.4.2.1. La investigación sobre el destino del universo.- En la actualidad se intenta
cuantificar la cantidad de materia existente en el cosmos ya que de ella dependerá si el
universo seguirá expandiendo indefinidamente y si dicha expansión se irá frenando, por
la acción de la gravedad, para finalmente contraerse.
5.4.2.2. La materia oscura.- En los años 90 una nueva observación crucial muestra
que las estrellas del núcleo de la galaxia se mueven a idéntica velocidad que otras más
alejadas de dicho núcleo. Dicha observación parece contradecir las leyes de Kepler, y
sólo tendría explicación si la masa responsable del movimiento de las estrellas no fuera
la del núcleo de la galaxia, sino una inmensa cantidad de materia situada en los alrededores de las galaxias, materia que no habría sido detectada hasta el momento: La materia oscura. Entonces empezó la búsqueda de dicha materia oscura a partir de las consecuencias gravitatorias que tendría sobre la luz observada de galaxias lejanas. Dicha búsqueda tuvo éxito, con lo que se consideró establecida la existencia de dicha materia oscura. Inicialmente se consideraba que dicha materia oscura podría ser del orden del
95% de la masa del cosmos, pero hoy se supone que, tal vez, represente más del 99% de
dicha masa. Mientras que del análisis de los espectros luminosos de estrellas y galaxias
se había concluido que estaban hechas de los mismos materiales, de las investigaciones
anteriores se deduce que no sabemos de qué está hecho más del 99% del universo…
5.4.2.3. La Energía oscura.- En los últimos años se ha detectado la existencia de una
zona del universo a la que, a la manera de un inmenso agujero negro, parecen dirigirse
estrellas y galaxias a inmensas velocidades. También se ha descubierto que el universo
se está expandiendo a velocidades mayores de las calculadas anteriormente. Se desconoce el tipo de energía responsable de dichos procesos y por ello se la denomina energía oscura, a cuya investigación se están dedicando muchos científicos.
5.4.2.4. Relatividad versus Gravedad.- Newton parecía haber dado con la fuerza que
mantenía a planetas, estrellas y galaxias unidos entre sí y en movimiento y, de sus leyes, parecía poder deducirse con precisión la posición y el movimiento de los cuerpos
celestes. Einstein, en su teoría de la relatividad, afirmaba que las masas no se atraen
sino que curvan el espacio-tiempo, por lo que los objetos celestes se mueven en línea
recta pero en un espacio curvo, deformado por la presencia de las masas de materia.
En 1919 se hizo la observación crucial de que la trayectoria de la luz proveniente de
una estrella era desviada por la presencia de grandes masas. Dicha observación crucial,
y otras posteriores, decantó a los científicos a favor de la teoría de la relatividad, aunque
para la mayor parte de cuestiones prácticas se sigan haciendo los cálculos según la teoría newtoniana por ser más sencillos.
5.4.2.5. Teoría de la Relatividad y teoría Cuántica.La teoría cuántica explica lo que ocurre con la materia y energía a la escala de lo verdaderamente pequeño, en el mundo subatómico. Todos los experimentos y observaciones concuerdan con las predicciones de dicha teoría cuántica.
La teoría general de la relatividad describe lo que ocurre con la materia y energía a
gran escala, a la escala de las galaxias y estrellas… Las observaciones concuerdan con
las predicciones de la teoría de la relatividad. Desgraciadamente, ambas teorías son
incompatibles entre sí: Hoy se trabaja en la búsqueda de una Teoría Cuántica de la
Relatividad…
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