domingo, 6 de noviembre de 2011

Cosmología - aporte de Bernal Méndez

Cosmología

Definición de cosmología
Cosmología del griego cosmología, compuesto por cosmos que significa orden y seguido de logos cuyo significado es tratado o estudio.  Básicamente se trata del estudio del Universo en su conjunto, en el que se incluyen teorías sobre su origen, su evolución, su estructura a gran escala y su futuro.  Aunque la palabra cosmología fue utilizada por primera vez en el año de 1730 en el Cosmologia Generalis de Christian Wolff), el estudio científico del Universo tiene una larga historia involucrando a la física, la astronomía, la filosofía, el esoterismo y a la religión.  Los físicos, matemáticos y astrónomos que se dedican a interpretar todos los fenómenos observados y explican su origen y evolución son los cosmólogos. Para analizar las propiedades del universo en su conjunto se realizan esquemas hipotéticos de cómo sería el universo bajo ciertas condiciones llamadas modelos cosmológicos; si esos modelos son válidos podrán identificarse a través de los datos observacionales.
La cosmología en la historia de la humanidad se sitúa principalmente en tres partes: la antigua, la moderna y la cosmología física, la cual corresponde a nuestros días.

Cosmología antigua.

Los astrónomos griegos uno de los primeros pueblos antiguos que se interesaron en el estudio del universo.  También fueron los primeros en tratar de medir con métodos prácticos las dimensiones del mundo en que vivían, sin basarse en especulaciones o mitos. Así, por ejemplo, Aristarco de Samos que sostuvo la doctrina heliocéntrica, intentó determinar la distancia entre la Tierra y el Sol.  Esta medición aunque inexacta  subsistió hasta tiempos de Copérnico.

En la figura  se muestra el Método de Aristarco para medir la razón de las distancias Tierra-Luna a Tierra-Sol. Esta razón es proporcional al ángulo .


Otros de los aportes realizados son los otros encargados de la filosofía antigua  griega como son los casos de:

Platón (427-347 a.C.) el cual describió su visión de la creación cósmica. Basandose en creencia de la primacía de las Ideas. El Universo así creado debía ser esférico y los astros moverse circularmente, porque la esfera es el cuerpo más perfecto y perfecto es el movimiento circular.
Aristóteles (384-322 a.C)  Declaró explícitamente que la Tierra es esférica y que se encuentra inmóvil en el centro del Universo, siendo el cielo, con todos sus astros, el que gira alrededor de ella.  Postuló una diferencia fundamental entre los cuerpos terrestres y los celestes. Los cuerpos terrestres estaban formados por los cuatro elementos fundamentales y éstos poseían movimientos naturales propios: la tierra y el agua hacia el centro de la Tierra, el aire y el fuego en sentido contrario. En cuanto a los cuerpos celestes, estaban formados por una quinta sustancia, incorruptible e inmutable, cuyo movimiento natural era el circular. Aristóteles asignó al Sol, a la Luna y a los planetas respectivas esferas rotantes sobre las que estaban afianzadas. Las estrellas, a su vez, se encontraban fijas sobre una esfera que giraba alrededor de la Tierra y correspondía a la frontera del Universo. Aristóteles explicó que, más allá, nada existía, pero que esa nada no equivalía a un vacío en extensión; todo para decir que el Universo "realmente" se terminaba en la esfera celeste.

Otras culturas también dieron su aporte como por ejemplo:
Babilonia
Para los babilonios se trataba de una influencia religiosa, y de fenómenos naturales que fueron extrapolados a dimensiones fabulosas, en donde el mundo era una especie de bolsa llena de aire, cuyo piso era la Tierra y el techo la bóveda celeste. Arriba y abajo se encontraban las aguas primordiales, que a veces se filtraban, produciendo la lluvia y los ríos.

Egipcia
La cosmología egipcia se orientaba también a sus dioses. Para los egipcios, Atum, el dios Sol, engendró a Chu y Tefnut, el aire y la humedad, y éstos engendraron a Nut y Geb, el cielo y la Tierra, quienes a su vez engendraron los demás dioses del panteón egipcio. En el principio, el cielo y la Tierra estaban unidos, pero Chu, el aire, los separó, formando así el mundo habitable.  Esto se representa mediante la siguiente imagen.

La cultura maya
Mencionemos también la cultura maya, realizando observaciones astronómicas de una precisión que apenas se ha podido igualar en nuestro siglo. Los mayas usaban un sistema vigesimal con cero, con el cual realizaban complicados cálculos astronómicos; su calendario era más preciso que el gregoriano usado en la actualidad, y habían medido la precesión del eje de rotación terrestre con un error de sólo 54 días en 25 720 años.

Cosmología moderna

Es la ciencia que estudia la historia y la estructura del Universo en su totalidad. El nacimiento de la cosmología moderna puede situarse en 1700 con la hipótesis que las estrellas de la Vía Láctea (la franja de luz blanca visible en las noches serenas de un extremo a otro de la bóveda celeste), pertenecen a un sistema estelar de forma discoidal, del cual el propio Sol forma parte; y que otros cuerpos nebulosos visibles con el telescopio son sistemas estelares similares a la Vía Láctea, pero muy lejanos. Estas consideraciones, desarrolladas por los científicos del siglo XVIII como Thomas Wright de Durham (1711-1786), Johann Lambert (1728-1777) y Emmanuel Kant (1742-1804), junto con las determinaciones de los paralajes estelares, y por lo tanto de las distancias de las estrellas a nosotros, ampliaron enormemente los confines del Universo.  Sir William Herschel (1738-1822) gran astrónomo demostrar, a través de cálculos estelares, que la hipótesis de los cosmólogos más importantes del siglo diecisiete eran correctas.  Bernhard Riemann (1826 -1866). Los trabajos de Riemann generalizaron una noción de espacio que incluyese también la posibilidad de una geometría no euclidiana, de un espacio no plano sino curvo. Seria como generalizar espacios bidimensionales para que no sólo incluyesen el espacio plano de una hoja de papel sino también superficies curvas como la de una pera. Riemann demostró que podía describirse exactamente la curvatura geométrica del espacio no euclidiano con una herramienta matemática denominada tensor de curvatura. Utilizando rayos lumínicos en un espacio tridimensional y midiendo con ellos ángulos y distancias, podemos determinar, en principio, el tensor de curvatura de Riemann en cada punto de ese espacio.



Cosmología física

Es la rama de la astrofísica, que estudia la estructura a gran escala y la dinámica del Universo.  Se refiere al estudio del del origen, la evolución y el destino del universo recurrirendo a los modelos de la física.  Este conocimiento se desarrolló como ciencia durante la primera mitad del siglo XX.  La cosmología física trata de entender las grandes estructuras del universo en el presente (galaxias, agrupaciones galácticas y supercúmulos), utilizar los objetos más distantes y energéticos (quásares, supernovas y GRBs) para entender la evolución del universo y estudiar los fenómenos ocurridos en el universo primigenio cerca de la singularidad inicial (inflación cósmica, nucleosíntesis primordial y Radiación de fondo de microondas).

Esta se debe a los hechos detallados a continuación:

Años
Acontecimientos
1915-16
Se formula la Teoría General de la Relatividad que será la teoría marco de los modelos matemáticos del universo.   Albert Einstein  formula el primer modelo matemático del universo conocido como Universo estático declarando la constante cosmológica y la hipótesis conocida como Principio Cosmológico que establece que el universo es homogéneo e isótropo a gran escala, significando esto que tiene la misma apariencia general observado desde cualquier lugar.
1916-1917
Willem de Sitter formula un modelo estático de universo vacío de materia con la constante cosmológica donde los objetos astronómicos alejados tenían que presentar corrimientos al rojo en sus líneas espectrales.
1920-21
Los astrónomos Heber Curtís y Harlow Shapley establecen la naturaleza extragaláctica de las nebulosas espirales cuando se pensaba que la Vía Láctea constituía todo el universo.
1922-24
El físico Alexander Friedmann publica la primera solución matemática a las ecuaciones de la Relatividad General que representan a un universo en expansión. En un artículo de 1922 publica la solución para un universo finito y en 1924 la de un universo infinito.
1929
Edwin Hubble establece una relación lineal entre la distancia y el corrimiento al rojo de las nebulosas espirales que ya había sido observado por el astrónomo Vesto Slipher en 1909. Esta relación se conocerá como Ley de Hubble.
1930
El sacerdote y astrónomo belga Georges Édouard Lemaître esboza su hipótesis del átomo primitivo donde sugería que el universo había nacido de un solo cuanto de energía.
1931
Milton Humason dio la interpretación de los corrimientos al rojo como efecto Doppler debido a la velocidad de alejamiento de las nebulosas espirales.
1933
Fritz Zwicky publicó un estudio de la distribución de las galaxias sugiriendo que estaban permanente ligadas por su mutua atracción gravitacional. Zwicky señaló sin embargo que no bastaba la cantidad de masa realmente observada en la forma de las galaxias para dar cuenta de la intensidad requerida del campo gravitatorio. Se introducía así el problema de la materia oscura.

1948
Herman Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle proponen el Modelo de Estado Estacionario donde el universo no sólo tiene la misma apariencia a gran escala visto desde cualquier lugar, sino que la tiene vista en cualquier época.
1948
George Gamow y Ralph A. Alpher publican un artículo donde estudian las síntesis de los elementos químicos ligeros en el reactor nuclear que fue el universo primitivo, conocida como núcleo síntesis primordial. En el mismo año, el mismo Alpher y Robert Herman mejoran los cálculos y hacen la primera predicción de la existencia de la Radiación de fondo de microondas.
1965
Arno Penzias y Bob Wilson de los laboratorios Bell Telephone descubren la señal de radio que fue rápidamente interpretada como la radiación de fondo de microondas que supondría una observación crucial que convertiría al modelo del Big Ban o "de la Gran Explosión" en el modelo físico estándar para describir el universo.


Hoy los estudios de la cosmología tratan sobre los siguientes aspectos:

La Nucleosíntesis del Big Bang es la teoría de la formación de los elementos en el Universo primigenio. Acaba cuando el Universo tiene tres minutos de edad y su temperatura cae lo suficiente como para que cese la fusión nuclear. Este tiempo en el que ocurrió la nucleosíntesis del big bang fue tan corto, que sólo se produjeron los elementos más ligeros, a diferencia de la nucleosíntesis estelar.

Radiación de fondo de microondas
Es una forma de radiación electromagnética descubierta en 1965 que llena el Universo por completo.  Se dice que es el eco que proviene del inicio del universo, o sea, el eco que quedó de la gran explosión que dio origen al universo.  Muchos cosmólogos consideran esta radiación como la prueba principal del modelo cosmológico del Big Bang del Universo.

Formación y evolución de estructuras a gran escala
Comprender la formación y evolución de las estructuras más grandes y primigenias por ejemplo los cuásares, galaxias, agrupaciones galácticas y supercúmulos, es uno de los mayores esfuerzos en cosmología. Los cosmólogos estudian un modelo de formación jerárquica estructural en el que las estructuras se forman desde el fondo, con pequeños objetos primero, después con grandes objetos, como los supercúmulos.

Energía oscura
Si el Universo fuera plano, tendría que haber un componente adicional este componente es llamado energía oscura. Para no interferir con la nucleosíntesis del Big Bang y la radiación de fondo de microondas, no puede agruparse en halos como los bariones y la materia oscura. Hay fuertes pruebas observacionales para la energía oscura, como la masa total del Universo es conocida y se mide que es plano, pero la suma de materia agrupada es medida ajustadamente y es mucho menor que esta. El caso de la energía oscura fue reforzado en 1999, cuando las medidas demostraron que la expansión del Universo estaba acelerando, más rápido que durante la inflación cósmica.


Bibliografía
Cosmología. Extraído el 4 de noviembre del 2011 de http://es.wikipedia.org/wiki/Cosmolog%C3%ADa
Cosmología Griega. Extraído el 4 de noviembre del 2011 de http://www.historiayleyendas.com/europa/griega/COSMOLOGIA_GRIEGA.html
Las eras en la Cosmología Griega  Extraído el 4 de noviembre del 2011 de http://www.historiayleyendas.com/europa/griega/LAS_ERAS_EN_LA_COSMOLOGIA_GRIEGA.html

Cosmología. Extraído el 4 de noviembre del 2011 de http://www.ldi5.com/e/astro/e_cosmo1.php
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Cosmología física . Extraído el 4 de noviembre del 2011 de http://es.wikipedia.org/wiki/Cosmolog%C3%ADa_f%C3%ADsica
Cosmología . Extraído el 4 de noviembre del 2011 de http://cas.sdss.org/dr4/sp/astro/cosmology/cosmology.asp
El Big Bang . Extraído el 4 de noviembre del 2011 de http://astroverada.com/_/Main/B_bigbang.html

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