Astronomía, gravitación y modelos cosmológicos

April 2, 2018 | Author: clarisesh | Category: Newton's Laws Of Motion, Motion (Physics), General Relativity, Isaac Newton, Force


Comments



Description

Ciencia Ergo SumISSN: 1405-0269 [email protected] Universidad Autónoma del Estado de México México Torres Rojas, Juana; García Salcedo, Ricardo; Agüero Granados, Máximo A. Astronomía, gravitación y modelos cosmológicos Ciencia Ergo Sum, vol. 11, núm. 2, julio-octubre, 2004, pp. 191-198 Universidad Autónoma del Estado de México Toluca, México Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=10411209 Cómo citar el artículo Número completo Más información del artículo Página de la revista en redalyc.org Sistema de Información Científica Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto M é x i c o . tales como el universo inflacionario. Astronomy.. ¿cómo surgió? y ¿cómo terminará? Prueba de ello son las múltiples respuestas que se han dado a estas preguntas a lo largo del tiempo. Historia del pensamiento cosmológico Desde tiempos inmemoriables. astronomía. gravitation. The humanity has raised impressive theories with respect to his cosmic vision through the time. l ijou-l o CIIEENNCCI A I A eer gr g um l . P p . Instituto Literario # 100. la materia oscura o la que no vemos. Ricardo García Salcedo* y Máximo A. Aquí trataremos de involucrarnos en algunos temas apasionantes tanto de astronomía como de cosmología. T o l u c a . el ser humano ha sentido la necesidad de conocer mejor el universo: ¿de qué está hecho?. o la muerte de las estrellas. porque cada vez aprendemos más de ella. gravitación y modelos cosmológicos Juana Torres Rojas*. Centro. Este texto pretende abarcar ciertos tópicos de la cosmología que directa o indirectamente están ligados con los trabajos realizados por los autores de este artículo. siempre va acompañado de cierta pasión por lo enigmático de los acontecimientos y fenómenos inherentes a la disciplina.21. Agüero Granados* Resumen. Key words: cosmology. y que en conjunto constituyen la historia del pensamiento cosmológico. Universidad Autónoma del Estado de México.o 1 . El acercamiento a la astronomía o la cosmología. teorías y conjeturas científicas.1 1 i oc-t u ob c rteu b2 r0e0 42. La humanidad ha planteado diversas teorías respecto a su visión cósmica a través del tiempo.0 2 6 9 . Comúnmente cualquier persona podrá describir a la naturaleza mediante la restricción de sus sentidos y de las ideas preconcebidas. La ciencia es un proceso constante. Palabras clave: cosmología. Correos electrónicos: [email protected] In this work we expose in short form the history of the cosmological theories. por lo cual nuestras ideas referentes a la naturaleza se modifican día con día. Toluca. Se parte de las primeras ideas acerca del universo hasta llegar a la teoría general de la relatividad. Teléfono: (722) 2 96 55 56. 1.j2u. I S S N 1 4 0 5 . Introducción Desde los tiempos más remotos. 0U0n4i v e r s i d a d A u t ó n o m a d e l E s t a d o d e M é x i c o . V. y no necesariamente basada en conocimientos científicos.mx y [email protected] Gravitation and Cosmological Models Abstract. como a cualquier área del conocimiento humano.Recepción: agosto 12 de 2003 Aceptación: enero 12 de 2004 * Facultad de Ciencias. 191-198 191 . con el fin de tener algún conocimiento o idea acerca del mundo en el que vivimos y establecer un cuadro aceptable basado principalmente en observaciones. We began by the first ideas on the universe until arriving at the general theory of relativity. gravitación. En este trabajo se expone en forma sucinta la historia de las teorías cosmológicas.com Astronomía. Una C o os us m . una de las mayores preocupaciones del hombre ha sido conocer la naturaleza del universo. astronomy. oVl . pero fue en la época asiria cuando empara los desarrollos teóricos de la astrofísica y la cosmología del pezaron a hacerse observaciones verdaderamente sistemáticas. siglo XX. Este entendimiento crucial de bre el futuro del universo. Con un gnomon pueden determinarse los entidades allanó el camino a la cosmología moderna. y la datación radioactiva se combinó con los resultados astronómicos basaItzá en Yucatán 1 muestran el gran intedos en la teoría de evolución estelar. GRAVITACIÓN Y MODELOS COSMOLÓGICOS . ya sea desde el que el universo es racional. parece capaz de destruir su civilización. el Sol definía el día y la Luna gobernaba la noche. Su universo es un mecaceleste entre las primeras civilizaciones. que aportaron la materia prima originó en Mesopotamia. Newton y Einstein. Por lo que sabemos. como para nosotros.. con hielo y de la evolución biológica y aportar la clara tendencia a dejar de lado la fantasía y Figura 1. El hombre comenexplicación astronómica de las edades de zó a comprenderlo sistemáticamente. 1. sus estudios fueron básicamente observacionales. se de fenómenos desconcertantes. con implicaciones Aristóteles. Esto acotó la edad del del Sol y de la Luna como grandes deidades. nuevas verdades por revelar. llegó Isaac Newton.mayadiscovery. a mediados del siglo XX podía describirse su estructura y evolución. con la teoría especial. jubilosas para la cosmología. que rés que las culturas antiguas tenían por los hoy dan al universo una edad probable de cielos. El hallazgo del movimiento de recesión universal de esas en un área plana. el gran más de 12 mil millones de años. la cual. La primera astronomía Galileo habrían de establecer.com/es/historia/default. sin duda. no ocurrió de súbimodinámica. las técnicas de datación nuclear.htm ción nómada y la sedentaria con el surgimiento de la agricultura. Para conocer un poco más acerca de la cosmología maya. en lugar de ser enfoque de la relatividad general o desde la segunda ley de la tercontingente y depender de dioses caprichosos. Copérnico dio el paso revolucionario que colocó las bases para la cosmología heliocéntrica que Kepler y 2. Su imporLa astronomía en los siglos XVII y XIX logró pocos triunfos teóritancia al iluminar las sobrecogedoras tinieblas dio a este astro un cos o analíticos. en el sur de Inglateuniverso.com/es/historia/default. Las grandes cuestiones acerca del origen del universo siguen Probablemente en la revolución precientífica babilónica debieron aún sin respuesta completa. y los equinoccios cuando las posiciones de la salida y la estos rasgos del universo en gran escala y. C. el único instrumento astronómico que poLa comprensión de los universos isla y las otras galaxias tiene seían los mesopotámicos era el gnomon.500 millones de años. que consistía simplemente en un palo levantado siglo. se puede revisar la página Cerca del año 6. como esfuerzo sistemático de observación. A STRONOMÍA .mayadiscovery. Modelo del universo según los mayas. no puesta del Sol se oponen. Nuevos instrumentos y nuevas técnicas llevaron al descubrimiento La astronomía. La teoría gesolsticios a partir de las posiciones extremas de la sombra que neral de la relatividad de Einstein posibilitó el entendimiento de deja el sol. Primeras concepciones del universo A mediados del siglo XX. el hombre primitivo veneró las imágenes solar en poco más de 4. J. noche. Al terminar el siglo XVII. o un recorrido por las ruinas de Chichén establecer. quien revolucionó Existe información muy escasa de la naciente conciencia del orden el pensamiento científico de esa época. aventurar una universo y sus orígenes. C. no puede enseñar a la humanidad a utito. Fuente: www. la regularidad dominante era el ciclo díauniversal. de modo que en un periodo relativamente breve durante el primer milenio a. qué descubriA mediados del primer milenio a.000 a. A principios del siglo XVI.visita a Stonehenge. sino que representa una de las grandes separaciones en la histolizar las armas de destrucción que ella ha forjado y con la que ria del pensamiento humano. sin embargo. lugar importantísimo en la superstición. pero el vasto panorama que ofrece la actuar personas cuyos intelectos podían compararse con los de astronomía moderna abruma la imaginación. especialmente la de meteoritos. y cuando urgaba el cielo lleno de estrellas le parecía ver la silueta de figuras conocidas. ET AL .htm una base firme para hacer afirmaciones sosuperstición. sólo rebasó los conceptos newtonianos sino que también hizo viaMuchos de los avances de la protociencia babilónica ocurrieron ble asimilar la generación de energía en las estrellas. y lo que es más importante. sucedió la transición entre la civilizaweb: http://www. 3. interés por la naturaleza y el origen del Nadie puede predecir cuáles serán las universo. La ciencia moderna puede hablarnos inició una especulación racional acerca del de la futura evolución del Sol. Para el hombre primitinismo gobernado por un solo agente misterioso: la gravitación vo. 192 T ORRES -R OJAS . C. es más difícil de rra. una especie de cuadranque ocupar un lugar de honor en la lista de realizaciones de ese te solar vertical. habían calculado la edad del sistema En la época prehistórica. en mientos grandes y asombrosos quedan por las tempranas ciudades griegas de Jonia se hacer. 1966). en el valle del Indo. Esta civilización fue una ritral’ en el núcleo del universo (véase figura 3). la Luna y los planetas. la asAl comienzo de la civilización algunos homtronomía caminaba de la mano con la astrobres se dedicaron por completo a estudiar los Anaxímenes (525 a. En Figura 2. también observaron que la Luna crecía y menguaba en Los argumentos de Platón (427-347 a. es invariable. frío. no conocemos Tenían evidencia de nueve movimientos circulares en el cielo. También trazaron la trayectoria que seguía el Sol cada año. Aristóteles había producido una obra monumental de síntesis que no sería superada Debido a que Egipto es. Después de ellas. Este movimiento ‘rodante’ más conveniente que nuestro sistema de semanas.C. y Anaximandro (545 a. astrónomos científicos aparecieron en la ciMesopotamia los sacerdotes llevaban un gráfiFuente: Durham y Purrington. el número perfecto según los pitagóricos res). y Predijeron eclipses y calcularon la duración del año solar y del así. el Mediterráneo al astrónomos por excelencia. los movimientos del cielo y dividió el año en días. circunda un ‘fuego cenconstruyó numerosos observatorios. la Tierra no sólo es esférica sino que se mueve. Modelos griegos. La misma observaciones.) logía y las antiguas teocracias. Las estrellas guiaban el camino al nómada y al marinero. junto con el Sol. meses y estacioelevaron el total a 10. meses y años. Por otro lado.. o poco después. 1966). al menos. entró en el juego Pitágoras. sin comprender a ciencia cierta la causa de este griega de astronomía surgió al sur. Ra adopta diversos Los griegos tuvieron diferentes cosmologías. descifrar los número mayas y no su escritura. sólo la china llevó delo es descrito por Filolao. Tales concibió la fenómeno. contemporáneo de Sócrates. C. las fases de la Luna y el viaje anual del Sol empeñaba dos funciones: protegía a la Tierra de los rayos directos les indicaban la época de siembra y lluvia. En el registros de los eclipses ocurridos desde el año 1361 a. Pero mezclaron su brillante deducción con la Cuando el hombre diseñó los primeros relojes de arena.C.) ciones y sequías. Al siempre entre la Tierra y el fuego central. vimientos del Sol y las estrellas. en América. más que conflictivos. los desgraciadamente el contenido total de su conocimiento de las estrellas fijas. 1951). Como sólo se han podido símbolo característico de los modelos planetarios geocéntricos. 11-2. los de los cinco planetas y los de la Tierra. El Sol se movía diariamente a través de la gran bóveda.Pero aun esta representación tan simPor lo tanto. Luna y el Sol. dios Sol.C. con excepción de la fértil franja del valle del Nilo. la navegación fluvial y los cambios de estaciones de una forma la marítima también exigían conocer los moaproximada. La Tierra gira en val digna de la mesopotámica en cuanto a la precisión de sus torno del fuego central en un periodo diurno de 24 horas. noche. en Mileto.) acerca de la astronomía el cielo nocturno en un ciclo de 29 días. C. por otro lado. pequeños puntos. del fuego central y hacía que el número de objetos móviles del A los ojos de los primeros astrónomos (los primeros observadouniverso fuera 10. las principales se aspectos complementarios. el cambio de Para el año 4500 a. el cielo era una gran bóveda en la cual se encendían. En los comienzos de la civilización. podemos decir que los primeros mitos sumerios datan. C. que sieron por escrito sus ideas. para la Tierra equivale a la rotación sencilla de un cuerpo mayor. la Luna y los planetas que les permitía predecir convirtieron en un medio de estudio muy valioso. Hombres como Anaximandro. Adelos movimientos de la Luna ayudó a marcar más de la agricultura. universo y sus orígenes. lejos del fuego central. sino también pucreación del universo en el Enuma Elish (“cuando arriba”). redondez de la Tierra en el año 600 a. atisbó numerología mística. los pitagóricos estaban proponiendo la rotación de la Tierra. C. la que al desarrollarla junto a la astronomía. la (Bergamini et al. inundacompleja en el valle del Tigris y Éufrates. los mayas fueron los cara de la Tierra siempre va al fuego central.. noche tras (Bergamini et al. 1974). los pensadores griegos no sólo Podemos encontrar una explicación específica y detallada de la especularon acerca de los orígenes del universo. y universo pitagórico. C . Hablando de la cosmología babilónica. ya que nocer en qué época del año se podía semcualquier persona podía ver que la trayecbrar y en cúal cosechar. C. diversas funciones atribuidas al Sol (Parker.) Parménides (530 a. mes lunar con asombrosa precisión. así como tratar de toria seguida por el Sol a través del cielo no predecir los fenómenos meteorológicos. Este moDe todas las civilizaciones del Viejo Mundo. describe el origen del mundo en un conflicto entre las fuerzas del Parménides y Pitágoras intentaron sistemáticamente entender el caos y los dioses (Heidel. quien tenía una concepción distinta acerca del universo. julio-octubre 2004 193 . La mejor escuela los eclipses lunares.) estaciones propiciaba calor. que desagricultor y al ganadero. el dios creador de la mitología egipcia. destacan tanto la confusión como la amplitud de criterio de aquella CIENCIA ergo sum. vilización griega y utilizaron la geometría. un desierto vasto e inmutable. co detallado de los movimientos del Sol. Los primeros misterios que encierra el universo.. y como nueve era un número imperfecto. En muchas formas su calendario era lado exterior.. por lo que sugirieron que había un planeta nes. 1989. Al cabo de un siglo. para encadenar las muestran en la figura 2.C. C. el Antichton. Un registro periódico de para el 3000 a. del tercer milenio a. Por el 500 a. Vol. su religión se basó en Ra el durante 16 siglos. las comunidades requerían cople planteaba grandes problemas. ya existía una sociedad Tales (560 a. la idea de estar girando en la carrera diurna 3. en Egipel hecho de que formuló la mayoría de la to. uno de los astrónomos en la precisión de todas las mediciones. junto con todas las ya publicadas que tenía a la adquirían una imagen más sólida y más complicada de los movimano. y se transmitió a lo largo de la Edad Media en forma de una titud. C. El mérito de la complicada geometría de medio de estudios sistemáticos con instrumentos grandes y finaHiparco fue que presentó con precisión los movimientos que obmente trabajados. piedras y árboles siguió siendo herética. Más tarde po y número. 1989. poleas. ET AL . Nicolás Copérnico de la Tierra con rocas. había modo de expresarlo.2. Hubo dos fallas en esto. engranes e do teorías certeras. resistió las pruebas de descubrió que estaban detrás de la Luna.320 km). conocido como sistema tolomáico. así como la estática de los fluidos. y el número. se trasladaba y no De esta manera. segundo. llegamos a la época enera el centro del cosmos. Arquímedes de Siracusa (287-212 a. servaciones del Sol hechas en puntos distantro hombres: Tycho Brahe. Sin embargo. Finalmente. esférica. los cometas lo fueron con dificultad. que todos los planetas giran alrededor del Sol. las más pequeñas cifras revolución en una órbita se ajustaban mejor a astronómicas parecían casi inexpresables. y calculó la Galileo Galilei e Isaac Newton. observaciones y cálculos. inexistentes ciertas irregularidades que Copérnico se había esforza194 T ORRES -R OJAS . Más tarde vio que la usado por los romanos y los griegos rotación de la Tierra sobre su eje y posible alejandrinos. para la mayoría de los griegos. pero a la vez cada uno de estos puntos orbitaba alrededor de Fue el más grande de todos los astrónomos pretelescópicos. como el retrógrado. Sólo so. lugar reservado a algo más valioso. el sistema tychónico. El Sol. Fuente: Durham y Purrington. cuando la capital de la cultura griega tener una idea de su magnitud inventiva por fue trasladada de Atenas a Alejandría. Platón imaginó que los Las más grandes dificultades técnicas a las dioses recorrían el cielo en brillantes carros que se enfrentaron los griegos fueron tiemde guerra (Teoría del Carro Alado). Platón se sentía apenado. Aristarco de Samos soshidráulicas. tes 800 kilómetros uno del otro. Planteamiento de Tolomeo para el sistema solar. Propuso su propio modelo planetario. Al principio. ron sus ideas en una explicación matemática coherente que tuviera Edificó su elaborado sistema heliocéntrico para los planetas sobre en cuenta las observaciones de los astrónomos. cuando un ción del ojo. C. un periodo de que las mareas están relacionadas con las grandes cambios que quedó plasmada en la fases de la Luna. entorpecieron su visión y ayuempezó a preguntarse si la Tierra era plana o daron al sistema tolomáico a cruzar sin troredonda. dad. Este minutos de arco. porque no concibió a la Tierra como un cuerpo inmóvil. Primero. Eratóstenes comparó obobra de Nicolás Copérnico y de otros cuaFigura 4. los planetas fueron seguidos con una precisión de dos a tres enciclopedia astronómica. nes vislumbraron la verdadera naturaleza del sistema solar no apoyaes decir. En el sistema centro de todas las cosas. trabajó en Rodas y Alejandría y de acuerdo con sus lar: la falacia del movimiento circular compuesto. se decidió por la redondez basándopiezos los siglos del oscurantismo. Pero al principio preciso de medirlo. En la evidencia. Hiparco. porque había escribiría CCXXXMMMMMMMMDCCCLVII en Fuente: Durham y Purrington. 1989. la Luna y los planetas giraban en el espacio alrededor de su propio 3. TTycho ycho Brahe punto. estaba fija. GRAVITACIÓN Y MODELOS COSMOLÓGICOS . Por la Tierra estacionaria.) maDespués de la conquista de Alejandro el nejó con soltura las grandes cifras. al llegar a la ancianinúmeros romanos. la escuela de astronomía que afirmaba el leyes matemáticas que gobiernan el commovimiento de la Tierra continuó proponienportamiento de palancas. la confianza injustificada mientos que percibían en el cielo. detenerse y después regresar según el cual el Sol y la Luna giran alrededor de la Tierra.857 millas (384.1. planeta parece reducir su velocidad. Hacia todos los que precedieron fueron víctimas de una trampa particuel año 150 a. QuieFue el primero en aplicar el sistema heliocéntrico en astronomía. imaginado a la Tierra en el centro del univerlugar de 283. se demostró que eran observación durante 13 siglos. Seleuco observó tre los siglos XVI y XVII. El tiemse en la forma de la sombra de la Tierra sobre po era un problema porque no había modo la Luna durante un eclipse.época. logró hacer observaciones limitadas por la resoluservaron los primeros astrónomos. Podemos Grande. y al final se trabajo. A STRONOMÍA . formuló la teoría final. el famoso Almagesto de Tolomeo. Johannes Kepler. Modelo de Pitágoras. la distancia a la Luna se Figura 3. J. consideraba que todos los planetas giraban en torno al Sol. mientras sobre sus pasos en el cielo. la Tierra. Copérnico y griegos más cuidadosos y científicos. tenía que la Tierra giraba. C. circunferencia terrestre. los observadores de estrellas en toda su vida). un puñado de sus propias mediciones (menos de 50 observaciones A medida que pasaba el tiempo. Las observaciones de Claudio Tolomeo perfeccionó el sistema de Hiparco por el año Tycho fueron muy numerosas: casi mil estrellas catalogadas con exac140 d. que es una medida de la resistencia al cambio en el movimiento. destruyó uno de los argumentos de Tycho Brache contra el sistema copernicano. que posibilita la percepción de objetos invisibles a simple vista. con el Sol en uno de sus focos. y el curso de la ciencia del siglo XVI habría sido muy distinto. aun si se les amplificaba 30 veces. gran parte de ellas destiladas en las leyes de Kepler. 195 .do por explicar. Para 1602 había hecho un buen número de notables descubrimientos astronómicos. ningún espíritu de competencia lo motivó y. Para convertir esta proporcionalidad en una ecuación (llamada la segunda ley de Newton). Las matemáticas de la época no eran adecuadas para dar un tratamiento completo al movimiento como lo había descubierto Galileo. Newton inventó el cálculo diferencial e integral. • Primera ley: los planetas se desplazan en una órbita elíptica. Además.5. que durante dos mil años no había sido un elemento en astronomía. sin embargo. El descubrimiento de que las estrellas seguían apareciendo como puntos. De este modo. En 1609. La dinámica newtoniana Newton comenzó por definir las cantidades que entran en la descripción del movimiento: masa. Resulta revelador que en estas especulaciones se preocupara por la dinámica. los cuatro grandes satélites de Júpiter. Galileo Galilei Llevó el telescopio a la astronomía y la investigación sistemática a la dinámica. explican los movimientos planetarios y terrestres en forma absolutamente convincente. julio-octubre 2004 3. se necesita un agente para que los planetas cambien de dirección. Johannes Kepler Descubrió el verdadero movimiento de los planetas. sobre la base de la teoría previa. que la atracción gravitacional entre dos objetos decrece al aumentar la separación. La mayoría de sus descubrimientos se basan en una simetría geométrica que le produjeron poca satisfacción. Enunció las leyes que rigen el movimiento planetario. construyó su primer telescopio y pronto perfeccionó un modelo que amplificaba 30 veces. Por ello. de modo que ma=F. Por tanto. por primera vez. Así. multiplicamos por un factor m llamado masa inercial. “la aceleración es causada por una fuerza” (Newton. CIENCIA ergo sum.5. Newton comprendió. Aunque Galileo no introdujo la experimentación en la física. la masa debe de ser función de la ‘cantidad de materia’ del objeto. la ley de la gravitación afirma que cada masa experimenta una fuerza gravitacional hacia la otra de magnitud: F=(GmM/R²). como antes lo hicieron Christiaan Huygens y Robert Hooke. hecho que por sí solo bastaría para indicar su genio. 3. de tal forma que cambie su estado de movimiento o reposo. ningún teórico lo guió en sus esfuerzos. Las observaciones de Galileo no sólo inauguraron la era de la astronomía telescópica. impulso y aceleración. Kepler pensó que el Sol era como un gran imán giratorio que atraía los planetas en torno a él. • tercera ley: los periodos de los planetas aumentan uniformemente con la creciente distancia desde el Sol. Por medio de sus descubrimientos. De esta manera. las cuales llevan su nombre. Observó la naturaleza montañosa de la superficie de la Luna. de la experimentación y del razonamiento matemático en una metodología científica unificada. mostró que no era en lo básico distinta de la Tierra y observó. y Newton llamó fuerza a la causa del movimiento. sí fue el primero en mostrar su fuerza y en fundir los principios. Promovió el papel decisivo de la experimentación planeada de forma minuciosa. donde G es una constante. separadas por una distancia R. Sus leyes o axiomas del movimiento son elegantes e inevitables y. quedó preparado el escenario para el descubrimiento de los verdaderos movimientos de los planetas. 1999). • segunda ley: una línea trazada del Sol a un planeta recorrerá áreas iguales en tiempos iguales. sino que también ejercieron profunda repercusión sobre el entendimiento humano del universo. En particular la fuerza es independiente del estado de movimiento de los objetos. la fuerza sólo depende de las masas y su separación R . Los astrónomos habían dado a Newton bastante materia prima en forma de observaciones precisas de los movimientos lunares y planetarios. 3. Un punto de partida lógico es la crucial idea de que sólo puede comprenderse el movimiento concentrándose en los cambios en movimiento. La ley de la inercia (primera ley de Newton) declara que un cuerpo continuará moviéndose en línea recta con velocidad constante si nada actúa sobre él. 3. y el aristotelismo recibió un golpe mortal. Considérense dos masas m y M. La descripción del movimiento puede escribirse así: la aceleración es proporcional a la fuerza. pero no para hacerlos mover. junto con la gravitación universal. Sus preocupaciones fueron una mezcla de intransigente astronomía matemática y el más nebuloso de los misticismos analógicos. Newton supuso que estaba descubriendo la naturaleza y no sólo salvando las apariencias. la distinción entre el cielo y la tierra quedó en gran parte borrada.3. en apariencia opuestos. La medida del cambio de la velocidad es la aceleración. en oposición a la simple observación y del valor predictivo de la teoría matemática. fuerza. y no de otra propiedad. Isaac Newton demostró matemáticamente lo que Galileo planteaba: que el universo físico no se compone de dos esferas sino que es un mundo con un conjunto de leyes físicas. Vol. sin sus mediciones Kepler no habría podido encontrar sus leyes planetarias. Tycho no tuvo iguales. 11-2. que es el cuadrado del periodo proporcional al cubo de la distancia media del planeta al Sol.1.4. Isaac Newton Al aprovechar la combinación de observación y razonamiento deductivo que Galileo había aplicado a los problemas del movimiento terrestre. Toda duda acerca del papel esencial del Sol queda suprimida por estas leyes. su temperatura Imperial de Ciencias del Reino Unido. mientras que otro. Mediante el razonamiento de que la luz estaba había surgido el sistema solar. mismo objeto” (Newton. puesto que la fuerza gravitatoria universal es pero no hubo ninguna teoría newtoniana satisfactoria de la esproporcional al producto de las dos masas. 196 T ORRES -R OJAS . Así el campo se convirtió en dominio de la astronomía y de la física. entre otras tareas. Poco a poco. se esperaba regla. Se aceptó. de modo que quedan ocultas fuerzas de la naturaleza ocurren entre parejas de objetos. que los lo colocó en una lista de varios otros científicos. resolvía los problemas que tenía fue Piere Simon Laplace en 1796. 1989. De tales estudios surgió Halley para su publicación. cuando ocupaba abarcar una amplia gama de fenómenos. El centro bajo consistía. su apoyo para una fundamentación matemáti. 1879. Durante 30 años nube que rota más rápidamente. a los portadores de misma magnitud pero de dirección opuesta. la cosmología entra en la región de influencia (el campo) de otro. Hooke tenía un puesto anillos de densarse el centro. se comprometieron con el concepto de los planetas. Su texto Sobre la electrodinácondensó en anillos que eventualmente formaron los planetas. A STRONOMÍA . aunque gran parte de su idioma sería suEinstein empezó a leer libros sobre electromagnetismo cuando plantado en el siglo XX. Tampoco era probable que se desprendiera de es la misma para cada uno de los dos cuerpos interactuantes. una fuente de cualquier índole de cosmología newtoniana de que el universo había evolucionado hasfuerzas. llamada tercera ley del movimiento de Newton. Los más grandes científicos dedicados a la electrodinámica. El año de su nacimiento. sólido que ocasiona roce en el gas al conPor aquellos tiempos. presentaba de la manera más sorprendente la Preguntarse el origen del universo era principalmente saber cómo hipótesis cuántica. J. Modelo de origen del sistema solar de Laplace. que actúa sobre el la carga eléctrica. Por otro lado. incluso llegó a quemar. Un campo es la región que rodea a una fuente de fuerza que sus triunfos en la mecánica celeste hacían verosímil la electromagnética (o por extensión. uno de ellos le valió su doctorado. publicado en 1905. ET AL . miento de la estructura de los átomos que forman la materia. por ejemplo la gravitación). Se trico (y que le valió el Premio Nobel). Newton interviene al hacer que el espacio entre los objetos (y dentro de había demostrado el marco del sistema del mundo mejor de lo que ellos) sea parte activa del proceso dinámico. luego de secretario de las sesiones de la Academia materia que el núcleo fue frenado. la magnitud de la fuerza tructura atómica. la termodinámica. 1999). de la efectos electrodinámicos a la escala atómica. bar experimentalmente todos los trabajos que y los planetas se formaron a partir de la llegaban a la academia. La idea es que las fuerzas no son ta su forma presente como resultado natural de la gravitación. explicaba el descubrimiento protoplaneta na del universo a través de la vida y obra de de la ley universal de gravitación y le solicitaba Albert Einstein. GRAVITACIÓN Y MODELOS COSMOLÓGICOS . una nueva descripción del espacio y del tiempo. Eventualmente. Michael La dinámica newtoniana fue aplicada con gran éxito al problema Faraday y James Clerk Maxwell. quien sugirió que el Sol y los planetas un experimento que actualmente se conoce como efecto fotoelécse formaron en una nebulosa en rotación que se enfrió y colapsó. muducción del concepto de energía y el principio de su conservación. en comproque rota lentamente se convirtió en el Sol. sus trabajos escritos abrieron nuevos caminos en la termodinámica. y una masa central que se convirtió en el Sol. sistemáticamente lo realizó. Enriquecida con la introcargos administrativos en la academia imperial de Inglaterra. Cuando Newton entrela dinámica se había extendido para incluir el estudio de los progó la primera versión de su obra monumental a su profesor Edmond cesos dependientes de la temperatura. algunos años des4. Desgraciadamente Newton Fuente: Durham y Purrington. chos de los documentos escritos de Hooke. él mismo había creído. Los matemáticos de la Europa continental vieron de campo. Newton lo hizo pero más generales de la materia. relatividad. cuyas ecuaciones muestran las propiedades to de que debería citar a Hooke en su trabajo. encarnaba la teoría especial de la del Sol no podía explicarse. Cosmología moderna pués. minar los triunfos y fracasos de la física nunca le respondió y trató por todos los menewtoniana en su forma madura. aún era estudiante en la universidad de Zurich. De regreso al tema. La baja velocidad de rotación mica de los cuerpos móviles. En una carta diriComenzaremos nuestra visión modergida a Newton. como un investigaefectos termodinámicos debían estar fincados en el comportador de segunda. La disciplina había crecido hasta dios de ocultar estos hechos. cuyas variables se determinan por promedios Newton quedó pasmado por esta simetría y propuso que todas las sobre enormes números de átomos. dice que descubrir la estructura de la materia al remontar la fuente de los “por cada fuerza que actúa sobre un objeto hay otra fuerza. causadas por acción directa entre dos objetos.La versión moderna asume que la conEn este punto es necesario mencionar cierdensación central contiene granos de polvo tos momentos de la personalidad de Newton. en conjunto. El primero en dar una teoría para ello formada por cuantos de energía. es una fecha conveniente para exaca más sólida. sino cuando un objeto proceso que requería un tiempo inmenso.Figura 5. Esta las propiedades atómicas detalladas. Su traaumentó y el polvo se evaporó. este último se la devolvió con el argumenla termodinámica. Newton había dibujado inerciales. Si bien el nacimiento del 1985). especial. Plantea dos suposiciones generales: gravedad (Carroll. julio-octubre 2004 197 . hasta que la línea tomara forma elíptica. Vol. La teoría especial de la relatividad está sorprendentemente libre de complejidades matemáticas. se encargaría de hacer justicia. cidad de la luz.El efecto era prácticamente lo mismo que se observaba a la hora de meSegún Einstein. Según Einstein. 1997). El paradójico comportamiento que este principio que simbolizaba el espacio. de ser publicada en alemán hizo. Principio 1: Las leyes físicas tienen la misma forma para todos los Diez años de trabajo fueron necesarios para que en 1915 se observadores inerciales. y su belleza se perdería como si se mirara po. definían sus trayectorias. un cuadro y no se viese más que un lienzo sin figuras ni colores. cada observador se mueve a una como curvas. si bien desarrolladas de manera independiente y sin conociclusión del tiempo a las otras tres dimensiones espaciales. en una teoría que pasaría a los libros de espacio y tiempo quedaron entrelazados en una unión inquebranhistoria como la teoría de la relatividad especial. publicara la revolucionaria teoría general de la relatividad. tantos hacia delante y otros tantos hacia su derecha. Consistía en observar la luz de las estrellas que pasara rozando la tes. como siempre. que podría estar tumbada y con la cabeza orientada a otro lado. daría 5. la constancia universal de la veloun punto que simbolizaba el Sol. cuenta de que. con independencia del movimiento o los cuerpos no se movían en el espacio por el efecto de fuerzas que del observador. tan característico de los primeros escritos de espacio-tiempo iluminó el cosmos con una nueva luz. pero su combinación ofrecería la misma distancia que en el caso anterior. Imaginemos a fuerzas que definían sus trayectorias. la validez de la teoría (Einstein. Este enfoque. por su limitación a los observadores inerciales u observacurvaban el espacio de manera que las trayectorias aparecerían dores no acelerados. Así pues. donde por lo general las velocidades son lo Tras las ideas planteadas por Hendrik Antón Lorentz. los observadores inerciales. Se deja que la observación o el Einstein. que en un principio pasaSin este entendimiento. 11-2. lentes. miento de las primeras. El tiemcolección de fórmulas. y el hecho dimensiones para la humanidad. un eminente matemático alemite explicar una pequeña desviación de la órbita de Mercurio. de mán que había sido profesor de Einstein en la universidad. La relatividad general. entraba en conflicto con la teoría del éter de la en cambio. Hermann Minkowski. cierta combinación de ambos era siempre la misma. a pesar del avance que supuso su teoría de la relatividad experimento decidan. debido a la maque se escondía detrás de las ecuaciones de la teoría de la yor curvatura del espacio-tiempo en las proximidades del Sol. aún faltaba Einstein. pero hay maneras de distinguirlas con observaciones Fue hasta 1907 cuando pudo vislumbrarse la auténtica esencia astronómicas. no es más que uno de tantos caminos hacia el descubriincluir en este escenario la fuerza que movía sus componentes: la miento científico. que ambas hipótesis sean equivano hay tiempo universal o absoluto. La teoría de la relatividad especial cifras distintas de estas tres cantidades. aunque las masas de los objetos celestes la teoría. sucedía lo mismo pero con la inres. Albert Einstein suficientemente grandes como para que los efectos de la comenzó a ser reconocido al recopilar en 1905 unas ideas similarelatividad se hagan evidentes. ya que Einstein empezó con un par 6. se dio la que la teoría de Newton no podía dar cuenta. afirma puede cambiarse. velocidad constante en relación con todos los demás observadores Para explicar las órbitas de los planetas. aunque las masas de los objetos celestes curvaban el de pie en la cesta. podría decir que el espacio de manera que las trayectorias aparecerían como curvas. a pesar de que entre dos sucesos los observadores Einstein propuso otra manera de comprobar si su teoría era cierpodían medir una distancia y un incremento de tiempo diferenta. CIENCIA ergo sum. Así. no quedó satisfecho del todo. si es posible. electrodinámica. lo que realmente sucedía era que ellos El primero es el ‘principio de relatividad’ que vuelve ‘especial’ a recorrían líneas rectas. En realidad. En el universo. El segundo postulado. había trazado una línea recta y había doblado el papel. perrelatividad. la teoría no habría sido más que una ra inadvertida en algunos países como Francia e Inglaterra. inmueble se encuentra a tantos metros hacia abajo. lo que realmente sucedía era que ellos dos personas en un globo determinando la distancia de una casa. recorrían líneas rectas. los cuerpos no se movían en el espacio por el efecto de dir distancias espaciales. La teoría general de la relatividad de postulados de los cuales se deducen las trascendentales consecuencias de la relatividad especial. además. la table: el espacio-tiempo haría del universo un hogar de cuatro comunidad científica la acogió con cierto escepticismo. como lo demostró Einstein. Einstein. y una elipse a su alrededor. por ejemplo. por el de que Puede parecer. en principio. La primera. La segunda. en la que Principio 2: La velocidad media de la luz es la misma para todos se planteaba una hipótesis realmente innovadora. University of Chicago Press. 2a. A. Por mucho que costara asimilarlo. sir Arthur Eddington lanzó a Einstein a la fama internacional. Por desgracia. GRAVITACIÓN Y MODELOS COSMOLÓGICOS . Straumann. escribió un artículo en el que aplicaba sus ecuaciones al universo entero. en Hodson. Como de costumbre. la famosa constante cosmológica.superficie del Sol. la luz seguiría su camino imperturbable y no podría observarse alguna desviación. México. ET AL . incluso para Einstein. Ediciones Culturales Internacionales. The Place of Astronomy in Heidel. Si su teoría era correcta. Edición. Hasta aquí hemos presentado sólo algunas ideas acerca de cómo diferentes culturas han concebido el universo y algunas de las teorías físicas en las que está basado el modelo más aceptado actualmente para describir el origen y evolución del cosmos.org/abs/ gr-qc/0208027 A STRONOMÍA . cuando Edwin Powell Hubble descubrió que el universo se expandía. A. sobre todo porque procedía de Alemania.org/abs/gr-qc/9712019 Cultura Económica. Oxford University Press. S. Hasta 1929. Einstein. F. F. The Babylonian Genesis. fueron muy difíciles de aceptar. de esa manera. pero siempre siguiendo el camino que se abrió en 1917. tras los análisis de los datos obtenidos gracias a las distintas observaciones del eclipse. Fondo de ciples of Natural Philosophy. se incluyó una fuerza que compensara la gravedad. (1985). Lecture Notes on General Relativity. (1997). (1966). y la historia sería su mejor testigo. “Ancient Egyptian Astronomy”. (ed. que calificó como el más grave de su vida. Ahora ninguna excusa podía relegarlo al anonimato. Newton. hecho que significó el nacimiento de la cosmología moderna. confirmada ya su teoría de modo prácticamente irrefutable. Los primeros resultados de la teoría de la relatividad general. R. La trama del 198 Parker. The History of the Cosmologi- Durham. y las circunstancias favorables llegaron hasta 1919. el universo no podía estar quieto. derrotado por sus propios prejuicios. A. R. Anne Whitman (traductores). El universo (Colección de la Naturaleza de Time-Life). no obstante. En 1917. el universo era una especie de plastilina elástica en expansión. D. sin querer limitarse al sistema solar. http://arXiv. cal Constant Problem. Origen-Planeta. en caso contrario. con la que se obtuvo el cosmos estático e inmutable deseado (Straumann. (1999). J. la cosmología relativista empezó a vivir un esplendor que la acompaña hasta nuestros días. A pesar de los grandes éxitos. y R. Un científico que había roto el rígido molde del pensamiento de una época había sido. (2002). uno de los países perdedores de la primera guerra mundial. Hasta entonces el descubridor de la relatividad había pasado inadvertido. Bibliografía Bergamini. y debía expandirse o contraerse. A partir de entonces. I. México. la naturaleza no permitía que nadie le dijera cómo debía ser. El significado de la relatividad. Carroll. con las galaxias formando sus pequeños reinos en forma de pozos espacio-temporales. Einstein perdió la oportunidad de ser quien dio a conocer el primer modelo cosmológico en expansión. N. Había empezado una carrera imparable. Para corregir tal efecto ‘indeseable’. tal observación no podría realizarse hasta que un eclipse ocultara el brillo intrínseco del Sol. Purrington (1989). Multitud de modelos han aparecido para dar respuesta a observaciones cuyos datos inundaban las universidades. Einstein fue consciente de su error. Sin duda fue una lección que nunca olvidaría. Ancient World. 2002). los rayos se desviarían. http://arXiv. (1974). De esta manera. Según las ecuaciones de la relatividad. Bernard Cohen y T ORRES -R OJAS . The Principia: Mathematical Prin- universo: historia de la cosmología física. London. México. (1951).).
Copyright © 2021 DOKUMEN.SITE Inc.