Ministerio de Ciencia e Innovación Gobierno   de Canarias Universidad de La   Laguna CSIC

Logo del IACLogo de Cosmoeduca

Logo de Relatividad

Lista de correo iac-edu

GRAVITACIÓN

RELATIVIDAD

VIAJE A MARTE

UNIVERSO

ADAPTACIONES

OTROS RECURSOS

Asociaciones Astronómica

 

Guía de uso - Relatividad Especial - Relatividad General - Visión histórica - Multimedia

VISIÓN HISTÓRICA

CHARLA IV - APARTADOS

CHARLA IV: Guión de apoyo

En cada epígrafe se  subrayan las principales ideas que se deberían aclarar al alumnado a lo largo de la exposición.

EL MODELO DE UNIVERSO EN LAS PRIMERAS CIVILIZACIONES - Diapositivas 2 a 6


Características generales de estos modelos:

Predomina lo astrológico sobre lo astronómico, lo mítico y religioso sobre lo filosófico, lo imaginario e intuido sobre lo estrictamente descrito o formalizado.

 

Descripción geométrica del Cosmos:

Universo plano, geocéntrico, finito y con límites precisos. Es el llamado universo caja.

Problemas de estos modelos:


¿Dónde se apoyaba el Universo?¿Cómo se explicaban los movimientos del Sol, la Luna, los planetas... así como algunos testimonios sobre la esfericidad de la Tierra?

 

EL COSMOS GRECOLATINO - Diapositivas 7 a 11

Características generales:

Preponderancia de lo filosófico, del discurso racional, sobre lo mítico, pero también sobre la Física.

Excepciones: Los sabios jónicos y alejandrinos son un caso aparte, pues pueden ser considerados como precursores del método científico. En ellos predomina la descripción física (la Geometría) sobre el discurso filosófico (Eratóstenes (276-195? a.C.): forma y tamaño de la Tierra; Aristarco de Samos (310-230 a.C.): tamaños y distancias del Sol y la Luna; Hiparco (190-120 a.C.): movimiento de precesión de los equinoccios).

Descripción geométrica del Cosmos:

Universo esférico, geocéntrico, sujeto a movimiento circular uniforme, finito, con límites precisos, dividido en dos Mundos: el Supralunar, perfecto (homogéneo), esférico y dinámico, y el Infralunar, imperfecto y prácticamente estático. La Tierra sigue siendo el único mundo habitado y continua fijo, estático, en la posición central. Los astros son diferentes y se encuentran a diferentes distancias. El cosmos, como totalidad, permanece también estático y constante tanto en forma como en volumen.

No obstante, se podría hablar de dos Escuelas: la Geocéntrica (Aristóteles, Eudoxo) y la Heliocéntrica (Aristarco de Samos), aunque se impuso la primera, especialmente después de la obra de Ptolomeo (120-180 d.C) (epiciclos y deferentes).

Problema esencial:


Encajar en la geometría general del sistema, sujeto al dogma del movimiento circular uniforme, la observación del movimiento de los planetas. Ptolomeo lo soluciona añadiendo tantos epiciclos y deferentes como haga falta.

 

 

LA REVOLUCIÓN COPERNICANA (siglo XVI)- Diapositivas 12 a 15

Copérnico tuvo una visión más filosófica que científica, su universo siguió siendo esférico, finito y limitado, constante, sujeto a movimiento circular uniforme; sin embargo conocía bien tanto la Astronomía como las Matemáticas de su tiempo. La revolución copernicana consistió en cambiar la Tierra por el Sol, como centro del Universo. Pero algo tan simple, cosmológicamente significó:

  • La Tierra se mueve  y gira, junto a todos los planetas, alrededor del Sol. La Tierra dejó de ser singular y estática.
  • El Sol es el centro del Cosmos.

Bruno Fue un pensador imaginativo que desconocía la Astronomía. Pero se atrevió a llevar “más allá” la revolución copernicana, al sugerir o establecer el sistema heliocéntrico planetario como universal:

  • Sugirió un continuo espacial frente a la concepción de diferentes esferas. Propuso un universo infinito, que significaba un acentrismo general.
  • Para Bruno, todo lo que existía pertenecía a una misma Naturaleza, por lo que el Universo debía tener las mismas leyes.
  • No podía haber nada fuera del Universo,  ni fuerzas exteriores actuando sobre él, por lo que el cosmos debía de permanecer inmóvil como totalidad. Sugirió la no existencia del vacío absoluto.
  • Imaginó que había innumerables mundos habitados.
  • En su concepción, los astros tenían vida, mutaban, emanaban y recibían materia. El Cosmos lo identificó con Dios.
  • El propio Newton utilizaría algunos de estos presupuestos metafísicos brunianos para construir su obra.

Kepler sistematizó los datos de Tycho y buscó leyes de regularidad que explicasen los movimientos observados. Fundamentó el sistema copernicano sin necesidad de los dogmas griegos. En 1609 publicó sus dos primeras leyes:

  • La 1ª ley pertenece al ámbito de la geometría y derrumbó la supuesta perfección de la esfericidad de las órbitas planetarias: las órbitas de los planetas son elípticas* y el Sol está en uno de sus focos.
  • La 2ª ley de las áreas destrozó el movimiento circular uniforme predicho por los aristotélicos: el radio vector de un planeta (segmento que une al Sol con el planeta) barre áreas iguales de la elipse en tiempos iguales. Esto significa que la velocidad del planeta varía a lo largo de su órbita, cosa que no sucedería en una órbita circular.
  • En 1619 realizó una abstracción general para definir el movimiento de todos los planetas: comprobó ambas leyes en todos los planetas del Sistema Solar y enunció la 3ª ley: los cuadrados de los periodos de revolución de los planetas alrededor del Sol son proporcionales a los cubos de los semiejes mayores de sus órbitas elípticas.

En estos momentos no existía la Física (no se había descrito ninguna magnitud fundamental). Se describía “lo que ocurría”, sin entrar en sus posibles causas.

Galileo. Sus descubrimientos los hizo mediante observaciones científicas. Nunca utilizó leyes para referirse al Cosmos, pero fue tirando al cubo de la basura todos los dogmas anteriores:

  • Los cielos no son eternos, son mutables: observó una nova, 1572-74.
  • Los astros no son perfectos, ni esféricos, ni estables, ni homogéneos, ni uniformes: observó montañas y valles en la Luna, y las manchas solares en el Sol.
  • Existen varios centros, es decir, no hay centro, cuando descubrió los satélites de Júpiter.
  • El Cosmos es mucho más grande: decenas de miles de estrellas aparecieron ante el ocular de su telescopio.
  • Galileo fue un innovador cualitativo. Fue un observador pero no un medidor o calculador sistemático. Junto a Kepler, desmanteló el sistema aristotélico-ptolemaico.
  • Fue, además, el creador de la mecánica terrestre o de la dinámica en la superficie de la Tierra. Ideó el método científico. Experimentó con la caída libre de los cuerpos, planos inclinados, el péndulo, etc.

EL UNIVERSO INFINITO DE NEWTON - Diapositiva 16 a 17

Características generales y descripción del Universo:

Newton heredó de Galileo la dinámica terrestre, y de Kepler la geometría del Sistema Solar y la descripción de sus movimientos (la cinemática). La tarea intelectual era crear una física unificada del cielo y de la Tierra, un sistema que lo explicase todo. Para ello, Newton formuló dos teorías:

  • Teoría de la Dinámica
  • Teoría de la Gravitación Universal

usando en ellas las mismas magnitudes físicas, relacionadas mediante ecuaciones matemáticas.
Este ejercicio le obligó a afirmar previamente lo siguiente (Principia).

  • El tiempo existe, es absoluto, matemático y eterno (infinito). El tiempo es, del mismo modo, independiente y universal, fluyendo uniformemente del pasado al futuro.
  • El espacio tiene existencia: es absoluto  e infinito (axioma). Es un espacio euclídeo, tridimensional, constante y homogéneo (un metro mide siempre lo mismo en cualquier parte, decimos nosotros).
  • La materia es independiente del tiempo y del espacio. La materia tiene que ser también infinita pues hay infinidad de astros en este universo.

De esta forma su universo está regido por las mismas leyes, es infinito y es eterno, conformado por la intersección de tres conjuntos independientes e infinitos a su vez: el espacio absoluto, el tiempo absoluto y la materia. Tanto en el primer principio de la mecánica como en la gravitación universal se encuentran las necesidades de definir este universo como infinito.

EL UNIVERSO DE EINSTEIN - Diapositivas 18 a 19

Características generales y modelo de Universo:

Frente al universo infinito de Newton, donde la geometría (medida del espacio tridimensional), la cronometría (medida del tiempo) y la cantidad de materia eran constantes y universales, aparece un modelo de cosmos muy diferente. Además, la fuerza de gravitación en el universo de Newton se consideraba instantánea, lo que es incompatible con que el límite de velocidad sea de 300.000 km/sg.

  • El universo de Einstein posee una cronometría variable, relativa.
  • Einstein, tras leer a Minkowski (el tiempo es la cuarta dimensión), reinterpretó su teoría unificando el espacio y el tiempo. La geometría del universo einsteniano es tetradimensional (el tiempo está integrada en ella). Es una geometría variable, no homogénea, relativa, es decir, no está determinada previamente. Depende de la distribución de materia y energía y de su movimiento. De esta forma la geometría (medida del espacio y el tiempo) de la Tierra será diferente a la de Júpiter.
  • La cantidad de materia puede interpretarse como un concepto relativo al movimiento del cuerpo: cuanto más rápido viaja un cuerpo más aumenta su masa-energía.
  • El universo es uno y sólo uno. No es la conjunción de existires independientes (espacio absoluto, tiempo absoluto, materia). El espacio, el tiempo y la materia-energía son dependientes, respectivos y forman una estructura o realidad única. El espacio, la materia y el tiempo  no existen per se, nacieron con el cosmos y sólo existen en relación a él.
  • Einstein intentó hacer compatible su teoría con un universo estático e inmutable. Arbitrariamente introdujo el término cosmológico para frenar la expansión del Universo que se desprendía de las soluciones a las ecuaciones de campo, pues no podía creer que el Cosmos se expandiese.

EL UNIVERSO EN EXPANSIÓN - Diapositivas 20 a 21


Hubble amplió el concepto de Universo, que se reducía entonces al de la Vía Láctea, al descubrir que nuestra galaxia era una más entre otras. Y al determinar la expansión de las galaxias puso fin a los modelos de universo estáticos o inmutables que propugnaron Aristóteles, Newton y Einstein.
A partir de 1930, el Cosmos, se considera en expansión.

Tras el descubrimiento de Hubble, Einstein consideró que al incluir el término cosmológico, había cometido el mayor error de su vida. Sin embargo, un siglo después, los más recientes experimentos parecen demostrar que el Universo está en expansión "acelerada" y que el término cosmológico es distinto de cero. De alguna forma ¡Einstein acertó hasta equivocándose!

(*) Sin embargo, las elipses no son muy excéntricas. En el caso de la Tierra, la distancia mínima al Sol (perihelio) es 147 millones de km, y la máxima (afelio) no llega a 152 millones de km.