Cosmologia

Cosmología

Cosmología, palabra proveniente del griego “Kosmo” que significa orden y “loguia” y se refiere a la ciencia del universo. La cosmología se basa en el estudio de las propiedades físicas del universo desde su origen, forma, tamaño y todo lo que lo compone. Este término ha sido objeto de estudio en las civilizaciones más antiguas; en donde el hombre comenzó a observar ciertos patrones de movimientos en los astros, esto permitió que el individuo fuera capaz de predecir el movimiento de la luna, las estrellas, el sol e incluso predecir eclipses.

En la física la cosmología se refiere al estudio de la evolución y el destino del universo, así como también al desarrollo de las teorías de la relatividad, la gravitación de Albert Einstein ,y la teoría del Big Bang, las cuales han contribuido al desarrollo de la cosmología en un aspecto tecnológico y estructural.

Autores y Teorías De La Cosmologia

Autor: Carlos Alberto Marmelada Sebastián

1.- El universo en expansión. (2000)

El Universo y sus astros siempre han ejercido una fascinación que ha cautivado al espíritu humano. Desde tiempos inmemoriales el hombre ha ansiado conocer el origen y la estructura del Universo; hoy, además, desearíamos saber cuál será su destino final. Gracias a las nuevas teorías científicas y al espectacular avance de los instrumentos y las técnicas observacionales en el siglo XX hemos logrado elaborar una cosmovisión capaz de dar respuestas científicas plausibles a estas preguntas. ¿Cuál es la génesis histórica de nuestra actual cosmovisión? ¿Cuáles son sus fundamentos? ¿Qué limitaciones tiene?.

Durante milenios la humanidad creyó que el Universo era eterno, esférico y de un tamaño muy reducido, en comparación con las dimensiones actualmente conocidas. A principios del siglo XX se produjo un cambio cualitativo en el campo de las concepciones cosmológicas. A partir de los trabajos publicados en 1917 Einstein propuso una imagen del Universo que se caracterizaba por ser esférico y estar en equilibrio. Teóricamente la fuerza de atracción gravitacional, después de miles de millones de años de existencia, debería de haber colapsado el Universo. Pero resulta evidente que esto no ha sucedido. Según el físico alemán el Universo no se colapsa porque existe una fuerza de repulsión que contrarresta los efectos de la atracción gravitatoria y hace que permanezca en equilibrio. Einstein denominó a dicha fuerza que equilibraba el Universo: constante cosmológica, y la representó con el término Lambda. El holandés Wilhelm De Sitter, partiendo de los trabajos de Einstein, afirmó que el Universo estaba en expansión y lo hacía de forma espiral. Por su parte, el físico ruso Alexander Friedmann, apoyándose en los estudios de los dos autores citados, sostuvo que el Universo de Einstein no era estable, sino que variaba en el tiempo, ya fuera expandiéndose o contrayéndose, en cualquier caso Lambda era un parámetro inútil.

2.- El Universo estable.

Autores: Hermann Bondi y Thomas Gold

En 1948 Hermann Bondi y Thomas Gold, con la posterior incorporación de Fred Hoyle *(3), propusieron una teoría cosmológica alternativa a la del Big-bang. Según estos autores el Universo estaba en expansión, pero no tenía ningún origen en el tiempo. No existía ningún instante t=0. El Universo era eterno y, aunque se hallaba en expansión, siempre había permanecido igual, fuera cual fuera la región del espacio que observáramos. Esto era así porque se creaba materia continuamente, de manera que la nueva materia creada iba ocupando el espacio dejado por las galaxias en expansión. Esta propuesta recibió el nombre de "Teoría del Estado estacionario" (Steady State) y afirma la existencia de un Universo homogéneo eisótropo, es decir, que tiene el mismo aspecto sea cual sea la región del espacio que observemos y el tiempo (momento) en el que lo hagamos. Estas dos características, homogeneidad e isotropía, son conocidas con el nombre dePrincipio cosmológico perfecto. La Teoría del Estado estacionario rechazaba totalmente la hipótesis de que existiera una RCF, puesto que, según ellos, no había habido ninguna explosión inicial, lo que significaba que en caso de descubrirse su existencia esta teoría se vería seriamente comprometida.

Es muy importante subrayar que los motivos ideológicos no estuvieron ausentes en la formulación de esta teoría. En efecto, la hipótesis del Big-bang parecía implicar la existencia de un Creador que debería ser el autor delátomo primigenio que al explotar daría lugar a nuestro Universo. La teoría del Estado estacionario prescindía de un Creador porque no había ningún instante inicial a partir del cual surgiera todo. El Universo simplemente era eterno; o lo que es lo mismo, por decirlo con una expresión de Stephen Hawking: carecería de borde en el tiempo.

3.- El big-bang de la "Teoría del Big-Bang".

Autores: Arno Penzias Y Robert Wilson 

Después de más de una década de fuerte crisis en 1964 la teoría del Big-bang recibió un impulso inesperado. Dos ingenieros norteamericanos, Arno Penzias y Robert Wilson hallaron, casualmente, la célebre radiación cósmica de fondo. Esto significo un golpe funesto para la teoría del Estado estacionario y supuso el aldabonazo definitivo para la teoría del Big-bang. En 1992 el satélite COBE confirmó este hallazgo con la detección de más radiación de fondo.

Naturalmente todas las dificultades no desaparecieron de golpe por el hecho de haber hallado la RCF. La pregunta sobre ¿qué había antes del Big-bang? se volvió más acuciante. Ahora bien, se trata de una pregunta absurda por definición, por la sencilla razón de que la Teoría del Big-bang lo que precisamente afirma es que tanto el espacio como el tiempo, se crearon en el mismo momento de la gran explosión, o lo que es lo mismo: espacio y tiempo nacieron con el Universo, son propiedades suyas y, por lo tanto, no pueden existir al margen de él. Por consiguiente, no tiene sentido preguntar qué había antes del tiempo, puesto que la pregunta, formulada de esta forma, implica la afirmación de la existencia del tiempo antes de que el tiempo existiera, lo que resulta contradictorio.

También podríamos preguntarnos ¿qué es lo que sucedió para que se produjera el Big-bang? La pregunta también es científicamente absurda. Todo lo que sea preguntar por las condiciones anteriores a t=0 carece de sentido, desde el punto de vista de los métodos de investigación de la ciencia positiva, tanto en su rama experimental como en su vertiente puramente teórica. Es más, los científicos afirman que ni siquiera podemos preguntarnos ¿cómo fueron los primeros instantes de la existencia del Universo?, entendiendo por "primeros instantes" el tiempo transcurrido entre t=0yt=10-43 segundos. Esto se debe a una razón muy simple, nuestros conocimientos científicos acerca de la realidad material sólo son válidos a partir de un instante superior at=10-43 segundos (el denominado Tiempo de Planck) posterior a la gran explosión. ¿Qué sucedió entre t=0 y t=10-43 segundos? J.S. Trefill dice que es el "Reino de los dragones". ¿Qué significa esto? Muy sencillo, se trata de una manera simpática y divertida de reconocer que no tenemos ni la menor idea. De momento el Tiempo de Planck representa un umbral infranqueable para el conocimiento científico experimental. Se puede hacer alguna incursión especulativa, pero todavía resulta un ámbito de investigación que supera nuestras capacidades actuales; porque en esta etapa de la historia del Universo la temperatura, la densidad y la presión son tan altas que las leyes de la física se derrumban perdiendo su significado. ¿En el futuro podremos disponer de elementos teóricos que nos permitan saber con certeza algo de esta época? Tal vez. Pero también podría tratarse de un horizonte definitivamente infranqueable, un límite físico absoluto del conocimiento humano.

4.- El Universo pulsante.

Autores: Richard Tolman

Para superar las dificultades que representaba la afirmación del origen temporal del Universo, pero intentando superar el desprestigio en el que había caído la teoría del Estado estacionario, en los setenta se propuso una nueva hipótesis cosmológica que aceptaría la existencia de una gran explosión pero descartaría cualquier referencia a un Creador (ésta era una motivación ideológica muy importante en la afirmación y aceptación de esta teoría cosmológica). Se trata de lateoría del Big-crunch. El Universo se expandiría fruto de una gran explosión, pero al haber una cantidad de materia superior a un determinado valor, denominado "densidad crítica de materia" y representado por la letra griega Omega, la atracción de la gravedad primero detendría la expansión y, luego, contraería el Universo hasta colapsarlo sobre sí mismo. La disminución del volumen del Universo provocaría un aumento de su temperatura, de su densidad y de la presión produciendo una nueva explosión cósmica que daría lugar a otro Universo, pero que nuevamente vería frenada su expansión por la acción de la gravedad, para contraerse y volver a iniciar un nuevo ciclo. Este proceso se repetiría infinitas veces. La resultante: un Universo sin origen ni fin.

5.- La auto-creación del Universo.

Para salvar el escollo de ambas teorías, a partir de la década de los ochenta, y sin abandonar totalmente el ámbito de las motivaciones ideológicas, algunos científicos, entre los que destaca Stephen Hawking, propusieron la noción de Auto-creación del Universo. Éste habría tenido un comienzo en el tiempo (con lo que se descartaría la teoría del Estado estacionario), pero no estaría sometido a un continuo flujo y reflujo de ciclos de expansión y contracción (rechazándose así la teoría del Big-crunch). Sin embargo, no cabría pensar en ningún Creador, ya que el Universo se habría creado a sí mismo.

Ya el griego Parménides, hace más de dos mil quinientos años, había advertido que desde el no-ente absoluto no podía surgir el ente. ¿Qué le habría impulsado a existir? Se preguntaba el metafísico de Elea. Es más ¿Por qué el universo empezaría a existir a partir de un momento determinado y no antes o después si era eterno?. En definitiva ¿cómo sería posible que el Universo se creara sí mismo? Según estos autores el Universo podría haberse originado a partir defluctuaciones topológicas de la gravedad cuántica, realizadas sin causa alguna, y que habrían dado lugar a estructuras espacio-temporales creadas a partir de la nada cuántica, este proceso es denominado "transición topológica". A partir del espacio-tiempo vacío se producirían partículas materiales mediante fluctuaciones del vacío cuántico; finalmente, el Universo se crearía a partir de esas partículas de acuerdo con las leyes físicas que producirían el Big-bang. Esta concepción cosmológica se basa en teorías altamente hipotéticas, incluso alguna de ellas todavía no tiene un estatuto epistemológico claramente definido (este es el caso, por ejemplo, de la Teoría de la gravedad cuántica, teoría que intenta unificar la relatividad general y la mecánica cuántica), lo que resulta admitido incluso por sus propios partidarios.

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