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Evolución del conocimiento del universo . Teoría geocéntrica. Esta teoría coloca a la tierra en el centro del universo ( Geos : tierra, centros: el centro; “La tierra en el centro”)

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teor a geoc ntrica
Teoría geocéntrica
  • Esta teoría coloca a la tierra en el centro del universo (Geos: tierra, centros: el centro; “La tierra en el centro”)
  • Aristóteles planteaba que la tierra estaba en el centro, a partir de dos axiomas, dos verdades absolutas que no podían ponerse en duda.
  • La tierra es inmóvil, y al mismo tiempo el centro del universo.
  • En tanto que la tierra es corrupta e imperfecta los cielos son eternos y perfectos. Por tanto todos los movimientos de los cielos son perfectos.
los hechos en la poca de arist teles
Los hechos en la época de Aristóteles
  • Al observar el cielo daba la impresión de que el cielo entero, junto con todas las estrellas en bloque cambian de posición lenta y regularmente animación
  • Era necesario un año entero para que la bóveda diese una vuelta completa.
  • lo mas llamativo, era que en esta bóveda existen siete objetos que si cambian su posición diariamente con respecto al fondo de estrellas fijas. Estas se llamaban las estrellas “errantes” que en griego se dice planetes.
  • Los errantes son el sol, la luna , Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno
investigando los axiomas de arist teles
Investigando los axiomas de Aristóteles
  • Para mostrar que la tierra no se movía, Aristóteles realizaba el siguiente experimento.
  • lanzaba una piedra al aire y estudiaba lo que ocurría con ella.
  • ¿Cuál fue el error en el supuesto de Aristóteles?
modelo geoc ntrico de ptolomeo
Modelo geocéntrico de Ptolomeo
  • Como ya vimos la teoría de Aristóteles tenia dos axiomas principales, pero esta teoría entraba en contradicción con algunos hechos conocidos:
  • La variación del brillo de los planetas (si están siempre a la misma distancia, ¿Cómo es que unos días brillan más que otros?)
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La trayectoria aparente de los planetas cercanos al sol, que aparentemente es muy irregular.

  • El hecho de que los eclipses solares algunas veces fueran totales y otras parciales
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La teoría mas posible y que superaba a la de Aristóteles fue formulada por Ptolomeo de Alejandría, unos 500 años después de Aristóteles, Ptolomeo conservo el segundo axioma de Aristóteles . Pero modifico y altero el primer axioma, introdujo el concepto de epiciclo. En su sistema los planetas no giraban exactamente en torno a la tierra sino que giraban dando ciclos en torno a un punto que giraba en torno a la tierra.

teor a helioc ntrica de cop rnico
TEORÍA HELIOCÉNTRICA DE COPÉRNICO
  • En la Europa del renacimiento, alrededor del año 1500 d. de C. La teoría astronómica no había progresado de un modo importante desde Ptolomeo.
  • Santo Tomas de Aquino (1225 – 1274) había unido las ideas Aristotelianas de los movimientos celestes con la teología cristiana. Así, la teoría egocéntrica había alcanzado nuevo significado en función de la doctrina filosófica de la época; poner la primera en tela de juicio, significaba atacar la segunda.
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En 1543, el astrónomo polaco Nicolás Copérnico (1473-1543) sugirió que la Tierra y los otros planetas giraban en órbitas circulares alrededor del Sol (el modelo heliocéntrico).

  • Los puntos fuertes de la teoría de Copérnico son:
  • La tierra se mueve alrededor del sol a la velocidad de una revolución por año.
  • La tierra gira sobre su eje cada 24 horas.
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Además la teoría de Copérnico aclaraba algunos problemas de la teoría antigua, como son:

  • Las orbitas de mercurio y Venus están mas cerca del sol que de la tierra , lo que explica el por que nunca se alejan del sol.
  • Por otro lado tenemos el echo de que la tierra es más cerca del sol que Marte, Júpiter y Saturno, por lo que es lógico que la tierra les adelantara, pues sus orbitas son mucho mas lejanas, lo cual explica el aparente retroceso de estos planetas
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El sistema de Copérnico tal como él lo dibujo en su libro “Sobre las revoluciones de los cuerpos celestes”
el origen y la evoluci n del universo el universo
El origen y la evolución del universo: El universo
  • El universo o cosmos es el conjunto de toda la materia y energía existentey el espacio en el que se encuentran. La parte que podemos observar o deducir de él se denomina universo observable. La Cosmología es la ciencia que estudia el universo. El nacimiento de la cosmología moderna puede situarse hacia el año 1700 con la propuesta de que la Vía Láctea es un sistema de estrellas, una de las cuales es el Sol, y de que existen otros sistemas similares.
antig edad del universo
Antigüedad del universo
  • Se ha calculado que el universo tiene una antigüedad de 13 700 millones de años. Para hacernos una idea, Carl Sagan propuso la siguiente comparación: si los 13 700 millones de años transcurrieran en un solo año, la antigüedad de los acontecimientos más importantes de la historia sería la siguiente:
  • El descubrimiento de América (hace unos 500 años) habría ocurrido hace solo 1 s.
  • El nacimiento de Jesucristo (hace unos 2 000 años) se habría producido hace solo 4 s.
  • El principio del imperio egipcio de los faraones (hace unos 5 000 años) habría sucedido hace 10 s.
  • La aparición de nuestra especie, el Homo sapiens (hace unos 300 000 años), se habría producido hace solo 10 min.
dimensiones del universo
Dimensiones del universo
  • Para medir el universo se utiliza entre otras la unidad denominada año luz, quecorresponde al espacio recorrido por la luz en un año. La velocidad de la luz es 300 000 km/s. A esta velocidad, en un año se recorre una gran cantidad de kilómetros:
  • Para ir desde la Tierra al extremo del universo observable se deberían recorrer 46 500 millones de años luz. Dicho de otro modo, a la velocidad de la luz se tardarían 46 500 millones de años en llegar.
anatom a de las galaxias
Anatomía de las Galaxias
  • Las galaxias son agrupaciones de estrellas, gas y polvo en constante rotación
  • La clasificación más popular de las galaxias se debe a nuestro viejo conocido Edwin Hubble. En 1925 las clasificó según su forma en tres grandes grupos: elípticas, espirales e irregulares.
el pticas
Elípticas

Las galaxias elípticas (en la clasificación de Hubble, tipo E) son las de estructura más sencilla. Su materia se distribuye en forma de un elipsoide muy simétrico. Algunas de estas galaxias son casi esféricas y se las clasifican como E0. Conforme su esfericidad sea menor, el número junto a la E aumenta. De esta manera, las galaxias elípticas más achatadas se clasifican como galaxias E7.

Secuencia de Hubble

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La densidad de estrellas es mayor en el núcleo, que resulta en comparación muy brillante. Como regla general, cuanto más joven es una estrella, más azulada es su luz. Estas galaxias están formadas principalmente por estrellas viejas

espirales
Espirales
  • Las galaxias espirales (tipo S) tienen una compleja estructura. Presentan un bulbo central, compuesto por viejas estrellas, que se asemeja mucho a una pequeña galaxia elíptica. Orbitando a su alrededor encontramos los característicos brazos espirales, que dan nombre a este tipo de galaxias, cuyo grosor es aproximadamente un 10% de su diámetro.
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Estas galaxias se clasifican en Sa, Sb y Sc dependiendo del tamaño relativo entre el bulbo y los brazos espirales. Alrededor de todo existe una estructura esférica de materia, incluyendo materia oscura, llamada halo. Nuestra galaxia, la Vía Láctea, compuesta por 200 mil millones de estrellas, pertenece a este tipo.

Galaxia espiral M74.

espirales barradas
Espirales barradas
  • El Telescopio Espacial Hubble ha obtenido una impresionante imagen de la galaxia NGC 1300, una espiral barrada en la que se aprecian sus componentes estelares, masas de gas y la silueta de las nubes de polvo interestelares. NGC 1300 se considera una de las galaxias espirales barradas típicas.
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Nuestra galaxia, la Vía Láctea, es también una galaxia tipo espiral barrada, con una clasificación en la secuencia de HubbleSbc (posiblemente SBb).

galaxias irregulares
Galaxias irregulares
  • Finalmente tenemos las galaxias irregulares. Parecen galaxias espirales de tamaño enano, pero que debido a su pequeño tamaño, no han conseguido desarrollar correctamente su estructura. Así este tipo de galaxias no presenta ni bulbo ni brazos en espiral. Por el contrario, su estructura es desordenada y mal definida. Tienen una abundante población de estrellas jóvenes y son poco luminosas. Las Nubes de Magallanes son un ejemplo típico.
lenticulares
Lenticulares
  • Se clasifican entre elípticas y espirales.
  • Tienen una forma de disco con una concentración de estrellas central proyectándose en él.
nebulosas
Nebulosas
  • Estas son gigantescas nubes de gas, principalmente hidrogeno y polvo que flotan en el espacio.
  • Las nebulosas se puede encontrar en cualquier lugar del espacio interestelar. Antes de la invención del telescopio, el término nebulosa se aplicaba a todos los objetos celestes de apariencia difusa. Como consecuencia de esto, a muchos objetos que ahora sabemos que son cúmulos de estrellas o galaxias se les llamaba nebulosas.
clasificaci n de las nebulosas seg n su luz
Clasificación de las nebulosas según su luz
  • Si se atiende al proceso que origina la luz que emiten, las nebulosas se pueden clasificar en:
  • Las nebulosas de emisión, cuya radiación proviene del polvo y los gases ionizados como consecuencia del calentamiento a que se ven sometidas por estrellas cercanas muy calientes.

Nebulosa M17

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Las nebulosas de reflexión reflejan y dispersan la luz de estrellas poco calientes de sus cercanías. Las Pléyades de Tauro son un ejemplo de estrellas brillantes en una nebulosa de reflexión.

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Las nebulosas oscuras son nubes poco o nada luminosas, que se representan como una mancha oscura, a veces rodeada por un halo de luz. La razón por la que no emiten luz por sí mismas es que las estrellas se encuentran a demasiada distancia para calentar la nube.

las estrellas
Las estrellas
  • Las estrellas nacen en las nebulosas. Su vida puede durar millones de años o miles de millones de años. Las mas grandes son las que menos viven pues consumen su combustible, hidrogeno, a un ritmo acelerado.
  • Según su masa las podemos clasificar en
    • Estrellas masivas: Más de 8 masas solares
    • Estrellas pequeñas: menos de 8 masas solares
  • Y según su masa será la vida que lleven
estrellas peque as
Estrellas pequeñas
  • Protoestrellas: se forma con el desprendimiento de gas y polvo. Su núcleo gira por efecto gravitacional.
  • Estrella: brilla y consume lentamente sus reservas de hidrogeno. Fusiona helio mientras crece de tamaño.
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Gigante roja: la estrella se sigue expandiendo, pero su masa no varia. El núcleo se calienta. Agotado el helio, fusiona carbono y oxigeno.

  • Nebulosa planetaria: agotado el combustible, el núcleo se condensa y se desprenden las capas externas. Los gases expulsados dan forma a nubes de gas que permanecen en constante expansión.
  • Enana blanca: la estrella permanece rodeada de gases y con poca luminosidad.
  • Enana negra: si se apaga en su totalidad, la enana blanca se transforma en enana negra. No puede observarse ene el espacio.
estrellas masivas
Estrellas masivas
  • Protoestrellas: tiene un núcleo gaseoso denso y una nube de polvo a su alrededor.
  • Estrella: fusiona hidrogeno para formar helio en la secuencia principal.
  • Supergigante roja: la estrella se hincha y calienta. Por reacciones nucleares, se llega a formar un pesado núcleo de hierro.
  • Supernova: cuando la estrella ya no puede fusionar más elementos, el núcleo colapsa, generando una fuerte emisión de energía
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Agujero negro: si la masa inicial es de 20 soles o más, el núcleo es aún más denso y se forma un agujero negro, con una gravedad muy intensa.

  • Estrella de neutrones: se si la masa inicial es entre ocho y veinte soles, la estrella termina como estrella de neutrones
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El 95% de las estrellas terminan su vida como enanas blancas. Otras, más grandes, estallan como supernovas iluminando galaxias enteras durante semanas.

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Sirius es la estrella más brillante del cielo nocturno. Sirius es más de 20 veces más brillante que nuestro sol y más del doble de masivo. Sirius esta a 8,7 años luz de distancia, este no es el sistema de estrellas más cercanas. Sirius se llama el perro estrella debido a su importancia en la constelación de CanisMajoris

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Uno de los mas grandes aportes realizados, para comprender el funcionamiento del sistema solar, lo hiso el astrónomo alemán Johannes Kepler, quien era ayudante de TychoBrahe, obtuvo los datos astronómicos de este último y empleó casi 16 años en tratar de desarrollar un modelo matemático para el movimiento de los planetas. El análisis completo se resume en tres enunciados, conocidos como las leyes de Kepler:

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Todos los planetas se mueven en órbitas elípticas con el Sol en uno de los puntos focales.

La serie de todos los puntos para  los cuales

R1 + R2 tienen el mismo valor es una elipse 

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El radio vector trazado desde el Sol hasta un planeta barre áreas iguales en intervalos de tiempo iguales

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El cuadrado del periodo orbital de cualquier planeta es proporcional al cubo del semieje mayor de la órbita elíptica.

composici n del sistema solar
Composición Del Sistema Solar
  • El Sol contiene el 99.85% de toda la materia en el Sistema Solar. Los planetas, los cuales están condensados del mismo material del que está formado el Sol, contienen sólo el 0.135% de la masa del sistema solar. Júpiter contiene más de dos veces la materia de todos los otros planetas juntos. Los satélites de los planetas, cometas, asteroides, meteoroides, y el medio interplanetario constituyen el restante 0.015%.
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La siguiente tabla es una lista de la distribución de la masa dentro de nuestro Sistema Solar.

  • Sol: 99.85%
  • Planetas: 0.135%
  • Cometas: 0.01% ?
  • Satélites: 0.00005%
  • Planetas Menores: 0.0000002% ?
  • Meteoroides: 0.0000001% ?
  • Medio Interplanetario: 0.0000001% ?
el sol
El Sol
  • es el elemento más importante en nuestro sistema solar. Es el objeto más grande y contiene aproximadamente el 98% de la masa total del sistema solar. Se requerirían ciento nueve Tierras para completar el disco solar, y su interior podría contener más de 1.3 millones de Tierras. La capa exterior visible del Sol se llama la fotosfera y tiene una temperatura de 6,000°C (11,000°F). Esta capa tiene una apariencia manchada debido a las turbulentas erupciones de energía en la superficie.
planetas
Planetas
  • Los planetas los podemos clasificar según su posición en el sistema solar como
    • Planetas interiores
    • Planetas exteriores
  • Por otro lado los podemos clasificar según su composición como
    • Planetas terrestres
    • Planetas jovianos
los planetas terrestres
Los Planetas Terrestres
  • Los planetas terrestres son los cuatro mas internos en el sistema solar, Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Éstos son llamados terrestres porque tienen una superficie rocosa compacta, como la de la Tierra. Los planetas, Venus, Tierra, y Marte tienen atmósferas significantes mientras que Mercurio casi no tiene
los planetas jovianos
Los Planetas Jovianos
  • A Júpiter, Saturno, Urano, y Neptuno se les conoce como los planetas Jovianos (relativos a Júpiter), puesto que son gigantescos comparados con la Tierra, y tienen naturaleza gaseosa como la de Júpiter. Los planetas Jovianos son también llamados los gigantes de gas , sin embargo algunos de ellos tienen el centro sólido. El diagrama siguiente muestra la distancia aproximada de los planetas Jovianos al Sol.
planetas terrestres
Planetas terrestres
  • Mercurio: Es el mas cercano al sol, la superficie de mercurio es muy similar a la de la luna. Su periodo de rotación es de 59 días terrestres aproximadamente, pero solo requiere 88 días para recorres su orbita.
  • Datos importantes
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Venus :muy similar a la tierra en tamaño, exhibe una superficie volcánica y una atmosfera hostil, regida por los efectos del dióxido de carbono.

  • Datos importantes
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Marte : lo podemos ver a simple vista como una estrella roja, es el mas parecido a la tierra y es el mas explorado. Su atmosfera esta compuesta principalmente por dióxido de carbono y tarda 687 días en dar una vuelta al sol

  • Datos importantes
planetas jovianos
Planetas jovianos
  • Júpiter: Júpiter es el planeta mas grande del sistema solar, su diámetro supera en once veces al de la tierra, y su masa es más de 300 veces mayor. Se demora 11 años y 312 días en completar su orbita. Se caracteriza por tener 63 lunas
  • Datos importantes
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Saturno: es el segundo planeta más grande del sistema solar, es una gran bola de gas que envuelve un pequeño núcleo solido, de todos los planetas Saturno es el menos denso, su densidad es aproximadamente de 0,69 g/cm3 , además posee los anillos mas brillantes, estos están compuestos por rocas y hielo.

  • Datos importantes
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Urano: es el tercer planeta mas grande del sistema solar. Su particularidad es que su eje de rotación esta inclinado casi 98º sobre el plano de su orbita, su periodo de traslación es de 98 años y su periodo de rotación es de 17 horas 14 minutos

  • Datos importantes
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Neptuno: su atmosfera mas externa esta compuesta por metano. Se destacan en el lunas, anillos y su existencia fue predicha a partir de cálculos matemáticos.

  • Datos importantes
asteroides y meteoros
Asteroides y meteoros
  • Los numerosos pequeños cuerpos rocosos llamados asteroides están presentes en el sistema solar, una parte importante de ellos circulan por un anillo, entre la órbita de Marte y la de Júpiter (2 - 4 UA) En lo que los astrónomos llaman el cinturón de asteroides, de otro modo llamada cinturón principal. Marca así el límite entra los planetas telúricos y las gigantas gaseosas.
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Un asteroide es un objeto celeste no observable a el ojo desnudo a causa de su pequeña talla quién varía algunas decenas de metros a varias centenas de kilómetros de diámetro. Forman parte de nuestro sistema solar y giran alrededor de Él.

  • Los objetos de menos de 50 m de diámetro son llamados unos meteoritos. Los que no son satélites de planetas sino pedazos del disco protoplaneta que no consiguieron reagruparse en planetas durante su formación.
  • Los Asteroides tienen una gran importancia en la comprensión de como ello formación del sistema solar, es por la razón que los astrónomos muestran un fuerte interés en el estudio de estos objetos.
cometas
Cometas
  • Los cometas son pequeños objetos deformes de unos pocos kilómetros de diámetro, normalmente helados y oscuros. Se componen de polvo, roca, gases, y moléculas ricas en carbono, se hallan orbitando mas allá de Neptuno, o en la llamada nube de Oort, pero muchos como el Halley se desvían hacia el interior del sistema solar, y al calentarse se subliman, formando su cabeza y sus espectaculares colas.
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Componentes del Universo: Estrellas, nebulosas, galaxias, planetas, satélites naturales, cometas, asteroides, meteoritos, etc.

  • Tipos de galaxias
  • Nuestra galaxia, la vía Láctea
    • Sistema solar
    • El sol
    • Planetas del sistema solar
    • Satélites naturales en el sistema solar
  • Distancias en el Universo: Año luz, Unidad astronómica, Notación científica, Determinación de distancias espaciales.
ejercicios
Ejercicios
  • Calcule:
  • ¿Cuál es la velocidad de la luz expresada en kilómetros por hora?
  • Si la luz del sol demora 8 minutos en llegar a la Tierra, ¿a cuantos kilómetros de distancia se encuentra el sol de la tierra ?
  • el tiempo en años que se demora la luz en llegar a la tierra si la Nubes de Magallanes esta a 200.000 años luz
  • Si la distancia media entre un planeta y el sol es de 2,2x1018 Km ¿Cuánto se demora la luz en recorrer esta distancia? Exprese su respuesta en minutos
composici n del universo
Composición del universo
  • Se considera que el universo está constituido por un 74 % de energía oscura, un 22 % de materia oscura y un 4% de átomos que componen la materia observable.
  • La energía oscura es similar a la energía gravitatoria, pero de sentido contrario, ya que provoca la repulsión entre partículas. La existencia de la energía oscura se dedujo en 1998 al descubrirse que el universo se encontraba en expansión, en lugar frenarse por acción de la gravedad.
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La materia oscura no puede observarse debido a que no emite ni refleja suficiente radiación electromagnética y su composición se desconoce. Su existencia se ha deducido al saber que la masa de las galaxias era mucho mayor que la suma de la masa de todas sus estrellas. Se piensa que solo podemos observar de modo directo el 10% de la materia de una galaxia, ya que el 90 % restante es materia oscura.

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Los átomos que constituyen la materia observable son, básicamente,los átomos de hidrógeno (75 %) y los átomos de helio (25 %). El resto de los átomos (hierro, carbono, nitrógeno, cobre, oxígeno, etc.) se encuentra en un porcentaje mínimo. Estos últimos se originan en pequeñas cantidades al explotar las estrellas de gran masa y se esparcen por el espacio. Por efecto de la fuerza gravitacional, una parte de estos átomos puede condensarse formando un planeta.

Se calcula que en el universo hay un átomo por metro cúbico de espacio vacío.

la teor a de la gran explosi n big bang
La teoría de la gran explosión (Big Bang)
  • Según esta teoría, el universo se originó a partir de una gran explosión que proyectó toda la energía y la materia existentes. La elaboración de esta teoría la inició Einstein en 1917.
  • Se partió de la hipótesis de que en el universo la distribución de la materia era uniforme (universo homogéneo e isótropo) y que no cambiaba de forma con el tiempo (universo en equilibrio). Para compensar el efecto de la gravedad, Einstein introdujo en su modelo una fuerza igual, pero de sentido contrario, a la que denominó constante cosmológica.
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En 1924, el matemático A. Friedmann demostró que este modelo de universo no era posible, ya que con el paso del tiempo debía hacerse más grande o más pequeño, por lo que la constante cosmológica era innecesaria. Einstein estuvo de acuerdo con esta corrección.

  • En 1927, el astrónomo G. E. Lamaître expuso la teoría de que las galaxias provienen de la explosión de un núcleo inicial, llamado huevo cósmico o átomo primitivo.
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En 1929, el astrónomo E. Hubble, al analizar el espectro de la luz que nos llega de las galaxias, dedujo que todas ellas se alejan de nuestro planeta, es decir, que el universo está en expansión.

  • Entre 1948 y 1952, el físico G. Gamow coincidió con la hipótesis de Lamaître sobre el origen de las galaxias (fue el que propuso el nombre de Big Bang), pero discrepaba en la idea de que los primeros átomos en formarse fueran los pesados
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Según Gamow, el huevo cósmico estaba constituido por neutrones, que al descomponerse generaron protones y electrones, los cuales se aglutinaron y formaron átomos de hidrógeno y de helio, a partir los cuales se crearon los demás elementos.

  • A la teoría del Big Bang se le hizo la crítica de que, si a partir de las galaxias más alejadas se calculaba el tiempo transcurrido, el resultado era de 2 000 millones de años, lo cual era absurdo, ya que solamente la Tierra tiene más de 4 000 millones de años. Según los cálculos realizados posteriormente, la gran explosión se produjo hace unos 13 700 millones de años.
teor a del estado estacionario o de la creaci n continua
Teoría del estado estacionario o de la creación continua
  • Esta teoría fue presentada entre 1948 y 1950 por los astrónomos H. Bondi, T. Gold y F. Hoyle.
  • Según esta hipótesis, el universo es uniforme en todo el espacio y no varía en el tiempo. Aunque el universo se expande, su densidad se mantiene constante gracias a que continuamente se está creando nueva materia.
  • El debate entre los seguidores de la teoría del Big Bang y los seguidores de la teoría del estado estacionario se decantó hacia los primeros a partir de los siguientes descubrimientos: la distribución de las radiofuentes celestes, los cuásares, la radiación de fondo y la proporción de átomos de hidrógeno y helio.
las radiofuentes celestes
Las radiofuentes celestes
  • Son galaxias o nebulosas que emiten ondas de radio. Se descubrieron al estudiarse algunos problemas de radiocomunicación.
  • En 1955, el astrónomo M. Ryle publicó el primer catálogo de radiofuentes.
  • En él se observa que las galaxias más próximas, por lo tanto las más jóvenes, emiten más radiaciones y que a partir de los 3 000 millones de años luz de distancia se reduce mucho el número de radiofuentes. Lo anterior indica que al principio y durante un periodo de tiempo no había radiofuentes. Esto no contradice la teoría del Big Bang, pero sí la teoría del estado estacionario.
los cu sares
Los cuásares
  • En 1960 se descubrieron radiofuentes que correspondían a puntos muy pequeños. Posteriormente, en 1963, el astrónomo M. Schmidt comprobó que eran galaxias que se encontraban a una distancia de entre 2 000 y 4 000 millones de años luz y que se alejaban a una velocidad enorme (casi un tercio de la velocidad de la luz).
  • Según la teoría del Big Bang, se trataría de galaxias muy pequeñas y muy brillantes que se formaron solo durante el período anteriormente indicado y que, por lo tanto, constituyen un fenómeno transitorio. Este hecho también contradice la idea de un universo que no varía con el tiempo.
la proporci n de tomos de hidr geno y helio
La proporción de átomos de hidrógeno y helio
  • La teoría del Big Bang afirma que, al producirse la gran explosión, la energía empezó a transformarse en materia. Al cabo de tres minutos aparecerían los átomos más sencillos (hidrógeno y helio).
  • Según los cálculos realizados, a partir de ese momento, el universo debía de estar formado por un 75 % de hidrógeno y un 25 % de helio, aproximadamente.
  • Estos resultados coinciden con las proporciones de hidrógeno y helio que hay en las galaxias, en las que los demás tipos átomos en conjunto no llegan al 1 %. La coincidencia de estas proporciones y su presencia en todas las galaxias indican un origen común y, por tanto, confirman la teoría del Big Bang.
la radiaci n de fondo
La radiación de fondo
  • Según la teoría del Big Bang, en el momento de la gran explosión la temperatura sería muy alta (unos 3 000 millones de grados); a continuación se produjo un enfriamiento que, en los límites del universo, debía de ser inferior a los seis grados Kelvin (6 ºK), es decir, a 267 grados Celsius bajo cero (-267 ºC). A esta temperatura, una radiación que emiten los cuerpos no luminosos es prácticamente indetectable.
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En 1965, los radio astrónomos A. Penzias y R. Wilson captaron una radiación muy débil, de 7,35 cm longitud de onda, que era idéntica en cualquier dirección del universo y a la que se denominó radiación de fondo.

  • Tal y como afirma la hipótesis del Big Bang, esta radiación sería el eco de la gran explosión. Sin embargo, la teoría del estado estacionario no explica esta radiación.
la cronolog a de la gran explosi n
La cronología de la gran explosión
  • Según la teoría del Big Bang, el inicio del universo se sitúa en el instante en el que la denominada singularidad inicial sufre la gran explosión. Actualmente solo se conoce lo que sucedió a partir de 10-43 segundos después de la gran explosión, pero no lo acontecido antes de ese momento. Para ello habría que saber cómo las cuatro fuerzas naturales estaban unidas en una sola.
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Estas cuatro fuerzas son: la gravedad, la interacción nuclear fuerte (fuerza que une las partículas del núcleo atómico), la fuerza electromagnética y la interacción nuclear débil (fuerzaresponsable de la radiactividad natural, como la de la desintegración de los neutrones).

teor a del universo pulsante
Teoría del universo pulsante
  • ¿Continuará expandiéndose el universo en el futuro o llegará un momento en el que se contraerá? Para responder a esta cuestión se han propuesto dos posibles modelos:
  • Universo abierto. A partir de la gran explosión, el universo continuaría expandiéndose indefinidamente.
  • Universo cerrado. La fuerza de la gravedad frenaría la actual expansión del universo y provocará su contracción hasta llegar a formar un nuevo huevo cósmico que, de nuevo, volvería a estallar y daría lugar a un nuevo universo expansivo. Las sucesivas explosiones (bigbang) y contracciones (bigcrunch), llamadas pulsaciones, se repetirían eternamente.
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El valor de la densidad del universo y el descubrimiento de la expansión de las galaxias a una velocidad superior a la prevista han sido los dos datos decisivos a la hora de elegir un modelo u otro.

  • Lamateria constituida por átomos y la materia oscura representan, respectivamente, el 5 % y el 45 % de la densidad del universo.
  • La materia oscura es la que no alcanza la densidad material mínima para formar átomos denominada densidad crítica.
  • El 50 % restante de la densidad del universo corresponde a la energía oscura. La existencia de esta energía se dedujo al observar que las galaxias más lejanas se habían acelerado hace unos 4 000 millones de años, es decir, en sentido contrario a la fuerza de la gravedad.
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Se han propuestos tres modelos principales para explicar la forma del universo.

Es el que resultaría si su densidad fuese superior a la crítica. Esto provocaría una fuerte gravedad que contraería el universo. Se corresponde con un universo cerrado y finito

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Es el que resultaría si su densidad fuese inferior a la crítica. En este caso, el universo continuaría expandiéndose y enfriándose hasta llegar a un estado sin energía (universo inflacionario). Se corresponde con un universo abierto.

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Es el que resultaría si su densidad fuese igual a la crítica. La fuerza de la gravedad sería igual a la de expansión. No se contraería y dispondría de la energía suficiente para seguir existiendo. Se corresponde con un universo cerrado y finito.

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A partir de sus observaciones realizadas con el telescopio aerostático Boomerang se ha deducido que la densidad del universo coincide con la densidad crítica (10-29 g/cm3). Este dato confirma el modelo del universo plano que, debido a la energía oscura de repulsión, seguirá en expansión indefinidamente.

la teor a de la relatividad como inicio de la cosmolog a moderna
La teoría de la relatividad comoinicio de la cosmología moderna
  • La teoría de la relatividad se debe a Albert Einstein (1879-1955). Este científico se planteó averiguar por qué el universo se mantiene en equilibrio, pese al tiempo transcurrido, en vez de haberse producido la compactación de los astros debido a la fuerza de la gravedad. Einstein, sin realizar ningún experimento, llegó mediante cálculos matemáticos a unas conclusiones que, años más tarde, han sido confirmadas por las observaciones de los astrónomos.
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En el universo no se puede distinguir si un cuerpo está en reposo absoluto o moviéndose con una velocidad constante. Tampoco se puede distinguir entre un cuerpo en movimiento acelerado y otro que esté sometido a un campo gravitatorio.

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Las principales consecuencias de esta teoría son:

  • El tiempo absoluto no existe, ya que la duración de un suceso depende de la velocidad del sistema en el que se realiza.
  • El espacio y el tiempo constituyen una misma realidad, denominada espacio-tiempo. Si la transmisión de la luz fuese instantánea, podríamos observar la realidad del momento, pero como tarda en llegar lo que percibimos no es lo que sucede ahora, sino lo que sucedió en el pasado. De esto se deduce un universo de cuatro dimensiones, siendo la cuarta el tiempo.
  • La masa y la energía son dos aspectos de una misma realidad física y una se puede convertir en la otra según la fórmula:

E = m · c2

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La luz está constituida por quanta de energía luminosa o fotones que no tienen apenas masa cuando están en reposo y que se propagan siguiendo un movimiento ondulatorio. Como estos aumentan su masa al desplazarse, los campos gravitatorios hacen que la luz no siga una trayectoria rectilínea, sino que se desvíe. Este hecho fue confirmado en 1919, aprovechando un eclipse de Sol.