El Universo

(extraído de ¡Bang! de May, Moore y Lintott)

Podemos definir el Universo como el conjunto de todo lo que existe, no sólo materia sino también energía, espacio y tiempo.

Todo esto, materia, espacio y tiempo, nació en un "Big Bang" hace aproximadamente 13.700 millones de años. Todo el Universo era más pequeño que la punta de un alfiler y estaba increíblemente caliente. De repente comenzó a expandirse y evolucionó hasta el Universo que conocemos hoy. El Big Bang es una singularidad, una excepción que no pueden explicar las leyes de la física. Podemos saber lo que pasó desde el primer instante, pero el momento cero todavía no tiene explicación.

Si antes del Big Bang no había espacio, no tiene sentido preguntar dónde sucedió. El espacio nació con el Big Bang, por lo que sucedió en todas partes y no hubo punto central. Para ilustrar esto hay un famoso grabado de Escher conocido como División Espacial Cúbica. Imagínese en uno cualquiera de los cubos que marcan las uniones en este retículo, mientras todas y cada una de las barras que unen los cubos se expanden. Desde su perspectiva parecería que todo se está alejando de usted, y al principio parecería natural concluir que usted está en una posición especial: el centro de expansión. Pero una reflexión le permite darse cuenta de que la expansión parecería igual en cualquier lugar del retículo en el que usted estuviera; no hay un centro. La situación es muy similar en nuestro Universo; cada grupo de galaxias parece estar alejándose de nosotros, y pese a todo, los observadores que nos mirasen desde estas estrellas distantes verían la misma ilusión y presumiblemente concluirían que están en el centro de la expansión.

En cuanto a otra de las grandes preguntas ¿qué tamaño tiene el Universo? nos responden así: O bien el Universo es de tamaño finito, o por el contrario no lo es. Si es finito, ¿qué hay fuera de él? La pregunta no tiene sentido; el propio espacio existe sólo dentro del Universo, y por lo tanto no hay literalmente "fuera". Por otra parte, decir que el Universo es infinito es decir realmente que su tamaño no es definible.
Recordemos también que tenemos que considerar el tiempo como una coordenada; en otras palabras, no podemos preguntar simplemente "¿qué tamaño tiene el Universo?", pues la respuesta cambiará con el tiempo. Podríamos preguntar "¿qué tamaño tiene el Universo ahora?" pero, ...una consecuencia de la relatividad es que es imposible definir un único momento llamado "ahora" que tenga el mismo significado en todo el Universo.

Hablar de un Universo que tiene un tamaño concreto lleva inmediatamente a la idea de un límite. Si viajáramos suficientemente lejos, ¿toparíamos con una pared de ladrillo? La respuesta es no. El Universo es lo que los matemáticos llaman finito pero ilimitado. Una analogía útil es la de una hormiga arrastrándose por una bola. Viajando siempre en la misma dirección sobre esta superficie curva nunca llegará a dar con una barrera, y puede recorrer una distancia infinita. Esto sucede a pesar del tamaño finito de la bola, de lo que la hormiga será completamente inconsciente.

Podemos decir con seguridad que el Universo observable (literalmente esa parte del Universo desde la que la luz puede habernos llegado potencialmente) es de tamaño finito porque, en nuestras mejores conjeturas actuales, el Universo tiene sólo 13.700 millones de años. Por lo tanto, el límite del Universo observable, desde donde la luz podría estar llegándonos, debe estar a 13.700 millones de años-luz de distancia, y expandiéndose a una velocidad de 1 año-luz por año.

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Después de esta breve introducción que desarrollaremos en el apartado Evolución del Universo, cabe preguntarnos dónde nos encontramos nosotros. La Tierra forma parte del Sistema Solar, perdido en un brazo de la Galaxia de la Vía Láctea (brazo de Orión) que contiene 100.000 millones de estrellas, pero nuestra galaxia es sólo una entre centenares de miles de millones de galaxias que forman el Universo.

Teorías sobre la estructura del Universo

Antiguamente la única forma de observar el Universo era a simple vista. Los antiguos conocían, además del planeta Tierra, el Sol, la Luna, algunos cometas y 5 planetas, hasta Saturno. Pensaban que la Tierra estaba rodeada de esferas transparentes centradas en ella, que mantendrían a los planetas en su sitio, las estrellas estarían fijas en la esfera más exterior, de color negro.

HIPARCO fue el observador más grande de la antigüedad. Su escala de los brillos aparentes, que distingue seis magnitudes, está en la base de la actual clasificación fotométrica de las estrellas. Por otra parte, hizo el notable descubrimiento de la precesión de los equinoccios, midió la distancia y tamaño de la Luna.

Por otro lado, inventó la trigonometría esférica que incrementó el potencial del cálculo; renovó las matemáticas, herramienta esencial de la cosmología, astrofísica y astronomía, a la que perfeccionó con nuevos instrumentos. Conocedor de la distancia y de los movimientos de la Luna y en posesión de una teoría mejor que la de sus predecesores acerca de la órbita solar, Hiparco pudo conseguir satisfacer una de las principales exigencias de la astronomía antigua: la predicción de eclipses.

Un astrónomo posterior, PTOLOMEO, que vivió unos 3 siglos después de Hiparco, resumió sus conocimientos en un libro que sobrevivió hasta la edad moderna. Así pues llamamos sistema tolemaico al sistema astronómico que sitúa la Tierra en el centro del universo, con los demás cuerpos girando a su alrededor.

La mayoría de la gente creía que los planetas ejercían una influencia sobre la Tierra y sobre los humanos. El sol, la Luna y los cinco planetas se mueven por una estrecha franja del cielo que se dividió en doce regiones, ocupada cada una por un conjunto de estrellas llamadas constelaciones que, con mucha imaginación, los antiguos identificaron con el perfil de algún animal. A estas doce constelaciones las llamaron ZODÍACO, de una palabra griega que significa círculo de animales.

También en CHINA se estudió cuidadosamente el universo entre el 500 a.C. y el 1500 a.C. No tenían que enfrentarse a ideas religiosas, como sucedía en occidente. Los chinos consideraban al universo como una naranja que colgaba de la estrella polar ubicando sus 284 constelaciones en 28 segmentos o casas en que dividían el universo. Se cuenta la historia de los desdichados astrónomos de la corte, Hsi y Ho, que fueron ejecutados por haber puesto en peligro la seguridad del mundo, al dejar de predecir un eclipse de Sol.

Llegamos al siglo XVI y encontramos a un gran astrónomo polaco, NICOLÁS COPÉRNICO (1473-1543) que explicó las fórmulas matemáticas para predecir la posición de los planetas. Elaboró una hipótesis según la cual la Tierra giraba alrededor del Sol junto con los demás planetas. Pero todavía sostenía que las órbitas eran circulares.

Estamos en los primeros años del siglo XVII. Hans Lippershey inventa el TELESCOPIO. A partir de entonces la Astronomía sufrió una auténtica revolución.

Pero la noticia del descubrimiento del telescopio le llega a otro gran sabio italiano, GALILEO GALILEI (1564-1642). Hace sus propios experimentos y construye su primer telescopio con un viejo tubo de órgano. El día de Reyes de 1610, como si fuese un regalo, Galileo apunta su telescopio hacia el cielo y descubre maravillado los cráteres y montañas de la Luna, lo que él tomó por “mares”, vio 4 satélites alrededor de Júpiter y también le vio “las orejas” a Saturno. El telescopio de Galileo reforzó la teoría heliocéntrica de Copérnico y esto le valió un serio enfrentamiento con la Inquisición, que le obligó a renegar públicamente.

La ciencia de la Astronomía avanza imparable. JOHANNES KEPLER (1571-1630) confirma que el Sol es el centro del Sistema Solar pero que las órbitas de los planetas no son circulares sino elípticas.El descubrimiento lo hizo observando el planeta Marte, y comparando estas observaciones con anteriores realizadas por el astrónomo Ticho Brahe. Este alemán también descubrió las leyes del movimiento planetario.

La teoría del universo estático y uniforme fue formulada por ISAAC NEWTON en el siglo XIX. Este matemático inglés planteó las leyes de gravitación universal. Además, dio explicación a las leyes del movimiento formuladas por Kepler.

El modelo estacionario fue desarrollado por HERMANN BONDI y THOMAS GOLD Según este modelo el Universo a gran escala debería ser invariable con el paso del tiempo. Argumentaban que las partes que componene el Universo se estaban alejando unas de otras y para que las cosas siguieran pareciendo iguales continuamente debía estar naciendo materia nueva en todas partes para reemplazar a la perdida (creación continua), con el resultado de que el Universo permanecería esencialmente igual para siempre.

Durante los años 50 y principios de los 60 se entabló una batalla entre las teorías expansionistas y el modelo estacionario. Finalmente en 1964 la teoría del estado estacionario recibió un duro golpe cuando Penzias y Wilson descubrieron el Fonco Cósmico de Microondas, el eco real del propio Big Bang que reverbera a través del Universo miles de millones de años después.