CAPÍTULO 14 / TEMA 1

El universo y sus modelos  

Desde la Antigüedad, el hombre ha cuestionado el lugar en el que se encuentra, la inmensidad del cielo que puede ver y las estrellas que observa en él. Por esta razón, científicos de diversas áreas se esfuerzan en describir cómo es el universo por medio de algunas teorías y modelos.

¿QUÉ ES EL UNIVERSO?

Se entiende por universo a la totalidad del espacio y del tiempo en donde se concentran todas las formas de energía y de materia. Se encuentra gobernado por las leyes y las constantes físicas.

La disciplina que se encarga de estudiar el universo se denomina cosmología, la cual busca describir sus aspectos y sus fenómenos.

El universo está compuesto de nebulosas, galaxias, planetas, satélites naturales, cometas, asteroides y meteoritos.
¿Sabías qué?
Solo el 10 % de la materia es visible y está compuesta mayoritariamente por hidrógeno y helio. El otro 90 % de la materia es invisible: 20% de materia oscura y 70 % de energía oscura.

LA IDEA DEL UNIVERSO A LO LARGO DE LA HISTORIA

Las primeras civilizaciones encontraron un significado a lo que representaba el universo a través del ámbito religioso, otras de lo filosófico y, en los últimos tiempos, a partir de la ciencia. La concepción del universo también se mantuvo en función de un modelo cosmológico propio de cada cultura, lo que llevó a plantear las primeras teorías referentes a su origen.

Cosmología sumeria

Según la mitología mesopotámica, el universo apareció inicialmente cuando los elementos acuosos concibieron a los dioses Anshar y Kishar.

  • Los egipcios sostenían que el universo era una caja rectangular en la que Egipto estaba en el centro y el cielo se sostenía por montañas. El Sol navegaba por las noches detrás de las montañas del norte y por eso no se veía.
  • Los hindúes recurrían a la fortaleza de los animales para explicar cómo se sostenía la Tierra. Decían que era sustentada por cuatro pilares que descansaban sobre elefantes y estos, a la vez, sobre una tortuga que flotaba y nadaba en un océano gigantesco. 
  • Los babilonios de la antigua Mesopotamia suponían que la Tierra era una montaña y los astros eran dioses que se trasladaban en carros por el cielo.
  • Los antiguos griegos sostenían que el universo constaba de varias capas como la cebolla y que Grecia se encontraba en el centro. Detectaron durante la noche que en el cielo ciertos astros presentaban movimientos muy particulares a lo largo de los días y los llamaron planetas.

Modelo geocéntrico

Este modelo fue planteado por Aristóteles y Ptolomeo en la Edad Antigua y tuvo vigencia hasta el siglo XVI.

La teoría postulaba que la Luna, el Sol y las estrellas giraban alrededor de la Tierra en órbitas circulares. Para ese entonces ya se relacionaban los cambios de posición del Sol con las estaciones y, por lo tanto, se dio inicio a la creación de distintos calendarios.

Antiguos calendarios

Calendario
Babilónico
Egipcio y Mexica
Inca
Romano
Cantidad de días
354
365
360
365,25
¿Sabías qué?
Claudio Ptolomeo publicó el libro Almagesto, en el que planteaba que la Tierra estaba en reposo con astros que giraban en torno a él en el interior de esferas, razón por la que este modelo también es llamado “modelo Ptolemaico”.

Modelo heliocéntrico

Este modelo fue propuesto en 1543 por Nicolás Copérnico, y un siglo más tarde fue desarrollado por Galileo Galilei y Johannes Kepler.

Copérnico sugería que el Sol estaba inmóvil en el centro del universo y que alrededor de él giraban todos los cuerpos celestes y la Tierra.

¿Sabías qué?
El primera persona en plantear un modelo heliocéntrico del universo fue Aristarco de Samos. Sin embargo, su propuesta no se impuso.

Años después, con el apoyo de las nuevas tecnologías y de la astronomía, Kepler amplió la propuesta de Copérnico mediante las observaciones hechas con el telescopio revelado por Galileo. En su teoría, los astros giraban en orbitas elípticas.

A pesar de que gracias a Copérnico, Kepler y Galileo se tenía demostración matemática y empírica del modelo heliocéntrico, fue Isaac Newton el científico que explicó físicamente el movimiento de los planetas y acudió a una fuerza que nombró gravedad.

Algunas diferencias
Geocentrismo

Heliocentrismo

El centro del universo es la Tierra. El centro del universo es el Sol.
Alrededor giran el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas. Alrededor giran la Tierra y la Luna, los planetas y las estrellas.
En órbitas de forma circular. En órbitas de forma elípticas.

¿CÓMO SE ORIGINÓ EL UNIVERSO?

¿Sabías qué?
El telescopio espacial Hubble orbita fuera de la atmósfera terrestre y ha logrado recolectar los datos suficientes como para replantear las ideas que se tenían sobre la antigüedad del universo.

Buscar respuestas a enigmas tan grandes conlleva mucho estudio, análisis y dedicación. En relación al universo, los astrónomos de diferentes épocas han intentado comprender su origen y funcionamiento. Para ello han ofrecido diversas teorías. Estas son un conjunto de hipótesis, conocimientos y leyes científicas lógicamente ordenadas y sustentadas en variadas evidencias empíricas que permiten deducir o concluir.

El modelo estándar del universo existe gracias a dos hipótesis elementales. Una es la del Big Bang o gran explosión, y la otra es la de la expansión continua.

¿Sabías qué?
El universo no tiene centro.

Teoría de expansión del universo

Después de que el físico Albert Einstein desarrollara su propia teoría de la gravedad dentro de la teoría de la relatividad general en el siglo XX, se probó que el universo no es estático, sino que se encuentra en expansión. Esta idea fue corroborada entre 1912 y 1922 por Vesto M. Slipher, quien observó los espectros de luz que provenían de las nebulosas; y Edwin Hubble, quien empleó un espectroscopio para analizar las ondas de luz.

Después de los aportes de Einstein y Hubble al estudio del universo, en 1927, George Lemaitre planteó que si el universo estaba en expansión debió haber sido más pequeño en un inicio, lo que llevó a formular la teoría de la gran explosión o Big Bang.

Expansión del universo.

El Big Bang

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El modelo expansivo del universo propuesto por Lemaitre se conoció como modelo del átomo primigenio o modelo del huevo cósmico. Años más tarde, en 1963, el astrofísico Robert Henry Dicke propuso que existe una radiación de fondo cósmica que emana el universo a causa de una gran explosión.

Así, la teoría de la gran explosión o Big Bang se convirtió en la más aceptada y difundida sobre el origen del universo. Esta explica que en un inicio, hace unos 14 billones de años, toda la materia y radiación observable estaba comprimida en una pequeña masa densa y caliente que en una trillonésima parte de segundo se expandió y pasó de ser muy pequeña a tener un tamaño astronómico. La expansión del universo aparentemente ha continuado a un ritmo mucho más lento y se sugiere que comenzó a partir de algún tipo de energía desconocida.

¿Qué son los agujeros negros?

Son regiones del universo con un campo gravitacional tan intenso que impide que la luz escape, de manera que la velocidad de escape en un agujero negro es superior a la velocidad de la luz.

 

VER INFOGRAFÍA

Los instrumentos con los que se cuenta en la actualidad no les permiten a los astrónomos visualizar el momento exacto en el que nació el universo, es por ello que mucho de lo que sabemos acerca de la teoría del Big Bang está basado en hipótesis, estudios y modelos matemáticos y físicos.

¿Sabías qué?
Se ha demostrado que, a medida que el universo se expande, también se enfría. Por lo tanto, también se piensa que el final del universo será al congelarse.

Otros modelos del universo

Modelo lineal

El universo es único, abarca todo lo que existe y tiene un principio y un final.

Modelo cíclico

El universo no es único. Este nace y muere infinitamente.

Universo de membranas

El universo no es único. Cada universo representa una membrana de infinitas membranas que vibran y chocan.

 

Universos paralelos

Existen muchos universos simultáneamente, todos independientes entre sí.

RECURSOS PARA DOCENTES

Infografía “La máquina de Dios”

Esta infografía describe el Gran Colisionador de Hadrones, también llamado Máquina de Dios, usado para comprender aspectos sobre el origen del universo.

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Artículo “Más allá de lo que podemos imaginar”

Este artículo permite comprender las unidades de medida astronómicas.

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Video “El universo y sus componentes 2”

Este recurso audiovisual muestra algunos de los elementos que forman parte del universo.

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El origen del universo

El nacimiento de todo lo que conocemos continúa siendo un misterio cuya respuesta intentaron desentrañar por todas las culturas, hasta llegar a la mejor conocida: el Big Bang. Aquí conocemos los progresos hasta la formulación de la conocida teoría.

Sin lugar a dudas, la pregunta sobre nuestro origen nos dispara automáticamente una nueva pregunta que tiene que ver con lo que hay más allá de nosotros mismos y los cielos ¿Cuál es el origen de toda esa inmensidad?, ¿Cuál es el origen de ese espacio que está más allá de la atmósfera de nuestro planeta? La respuesta a esa pregunta ha intentado ser obtenida desde por el primer homo sapiens que observó al cielo, hasta por el hombre científico que miró al universo con los más modernos dispositivos. Su origen ha sido materia de complejos estudios que van desde las explicaciones místicas y oscurantistas de la antigüedad hasta las teorías más complejas y sofisticadas de la actualidad, sin que haya aún una respuesta. Entre el complejo entramado de explicaciones que se han dado en todas las civilizaciones que pisaron el suelo de la Tierra, en este momento el Big Bang cuenta con un consenso científico sobre el cual aún hay una polémica que parece interminable. Como el universo mismo.

Las primeras teorías

Las primeras civilizaciones encontraron su respuesta en el ámbito de lo religioso, otras de lo filosófico y, en los últimos tiempos, los hombres se sirven de la ciencia para responder a estos cuestionamientos. Este componente se mantuvo también en función de un modelo cosmológico propio de cada civilización, que dista de aquel que conocemos en la actualidad. Es en ese contexto propio de cada época es que podemos comprender aquellas teorías referentes al origen del universo por las grandes civilizaciones de la antigüedad. Algunas de las más importantes son las siguientes:

Egipcios: sostenían que el Universo era una caja rectangular, Egipto estaba situado en el centro y el cielo estaba sostenido por montañas. Para explicar el movimiento de los astros y las divinidades, hablaban de barcas. Sostenían que el Sol navegaba por las noches detrás de las montañas del norte y, por eso, no se lo vía. Por otro lado, consideraban que los eclipses y las fases lunares eran provocadas por animales fabulosos, como Apopi, la serpiente enemiga de Ra, el dios Sol.

Hindúes: recurrían a la fortaleza de los animales para explicar cómo se sostenía la Tierra; decían que era sustentada por cuatro pilares que descansaban sobre elefantes y éstos, a la vez, sobre una tortuga que flotaba y nadaba en un océano gigantesco.

Sumerios de la antigua Mesopotamia: creían que la cúpula estelar era de metal y se apoyaba sobre una muralla que circundaba la Tierra.

Babilonios de la antigua Mesopotamia: suponían que la Tierra era una montaña y los astros eran dioses que se trasladaban en carros por el cielo.

Antiguos griegos: para comprender los enigmas del Universo lo comparaban con una cebolla. Sostenían que el Universo constaba de varias capas como la cebolla y que Grecia se encontraba en el centro. Detectaron durante la noche, que en el cielo ciertos astros presentaban movimientos muy particulares a lo largo de los días: se movían en cierta dirección, frenaban y retrocedían un pequeño tramo para volver a frenar y luego retomar la dirección inicial. Decidieron llamarlos planetas, palabra griega que significa “errantes”.

Teorías revolucionarias del cosmos

El modelo actual que conocemos del universo es producto de las revolucionarias teorías suministradas por figuras destacables que se refutaron y expandieron sobre lo que se planteaba en la antigüedad, ubicando a la Tierra en el centro del universo (geocéntrico). El astrónomo polaco Nicolás Copérnico fue quien planteó en el año 1543 la teoría heliocéntrica, abandonando el modelo que ponía a nuestro planeta en el centro, para ubicar al Sol. Por otro lado Johannes Kepler, astrónomo y matemático alemán, fue quien estableció las leyes correspondientes al movimiento de los planetas, de lo cual se deducía que el movimiento de los planetas alrededor del Sol no era circular, sino que era elíptico. Finalmente, las leyes del astrónomo inglés Isaac Newton fueron las que determinaron los movimientos del universo a gran escala. En el siglo XX estos conocimientos fueron profundizados por científicos como Albert Einstein o Edwin Hubble.

Teorías revolucionarias del cosmos

La teoría más aceptada en la actualidad sobre el origen del universo comenzó a gestarse en el año 1929 de la mano del astrónomo estadounidense Edwin Hubble.

Hubble llegó a la conclusión de que las galaxias se alejaban constantemente unas de otras, en el marco de un trabajo donde analizaba la velocidad de estos cuerpos y de las nebulosas con respecto a la Tierra. A partir de esta idea entendió que el universo se encontraba en continua expansión.

Avanzando en la investigación halló un dato mucho más sorprendente: cuanto más lejos se encontraba una galaxia de la Tierra, más rápido se alejaba. Esto quería decir que el universo no sólo se expandía, sino que lo hacía cada vez más rápido.

Si el universo se encuentra en continua expansión, quiere decir que en un futuro será mucho más grande. Pero, esto también permite pensar que en el pasado fue muy pequeño. Incluso, si nos remontáramos a millones y millones de años atrás nos encontraríamos con un universo del tamaño de un punto. Esta reflexión hizo pensar a otros científicos que comenzaron a aceptar la idea de que el universo había comenzado por una gran explosión, de esta manera se empezaba a dar forma a la Teoría del Big Bang.

La teoría fue propuesta por primera vez, en 1931, por el cosmólogo belga Georges Lemaitre. Tiempo después fue enriquecida por el astrofísico George Gamow, en 1948.

Primitivamente la teoría explicaba que el universo se formó a partir de una explosión cuando la materia se concentraba en un átomo muy reducido junto con la energía. A partir de entonces la materia se habría extendido en todas las direcciones, creando al universo.

En 1948 la teoría fue enriquecida con los aportes de Gamow. Reemplazó la idea del núcleo primordial por la de la masa inmensa giratoria de materia y energía; consideraba que así era el universo y que éste fue creciendo hasta constituir una esfera de volumen relativamente pequeño, así como extremadamente densa y caliente que al final explotó.
En este fenómeno, de acuerdo a la investigación de Gamow, jugó un papel importante la fuerza de atracción, que sería la causa por la cual la masa no se habría expandido en todas las direcciones. Gamow explica que gracias a la magnitud de la fuerza de atracción, la masa comenzó un proceso de expansión hasta entrar en un estado de relativo reposo donde las nubes de gas se enfriaron formando las estrellas por condensación de la materia.

Luego el agrupamiento de estrellas formó galaxias y grupos de galaxias que se propagaron en todas las direcciones. Dado que las galaxias se formaron en forma aislada, es decir, muy lejos una de otras, la baja atracción gravitacional entre ellas inició la expansión del universo.

Investigaciones de los últimos años revelan que el hidrógeno y el helio habrían sido los componentes primarios del Big Bang, y los elementos más pesados se formaron más tarde, dentro de las estrellas.