domingo, 20 de diciembre de 2009

5 Cosmología Geocéntrica.

E ntre los filósofos griegos ya hemos visto que surgieron soluciones más verdaderas e imaginativas que la adoptada por el astrónomo alejandrino Claudio Ptolomeo de una concepción geocéntrica del cosmos y sistematizada en la cosmología aristotélica, con respecto a la estructura y ordenamiento del universo. Bastaría sólo recordar lo que hemos descrito sobre los trabajos de Aristarco de Samos

Aristarco

El modelo geocéntrico, identificado, sin gran justificación, con quien le dio su nombre y prestigiado por Aristóteles, plegó por muchos siglos las alas del conocimiento. Esta circunstancia mueve a reflexión: ¿Por qué las teorías propugnadas por muchos hombres ilustres, fundamentalmente griegos, más lógicas, más simples, más de acuerdo con la tradición filosófica y científica del pasado, fueron dejadas de lado para dar paso a un modelo complejo, absurdo, lleno de dificultades e inconsistencias, que exigía complicadísimas argucias para explicar el aparente desorden de estos vagabundos del espacio, desorden que era más fácil hacer desaparecer si, en lugar de ser la Tierra el centro de las trayectorias, éste se trasladaba al Sol? Era el inapropiado punto de observación del hombre y las diferentes velocidades de los planetas lo que producía el desorden que, a pesar de sus complicadísimas teorías de los epiciclos, Ptolomeo y Aristóteles nunca pudieron explicar.

EL COSMOS ARISTOTÉLICO

La observación, la experiencia personal, y la reflexión que condujeron por buen camino a Aristóteles en sus investigaciones biológicas, lo guiaron con menor seguridad en el dominio de la Astronomía, la Física y la Mecánica. Padre de la lógica formal, tenía demasiada confianza en las deducciones lógicas a partir de premisas preconcebidas, y olvidó un poco que la lógica, privada del apoyo de la observación y de la experiencia, sólo proveía una dialéctica de la prueba, sin poder llevar a verdaderos descubrimientos. Aristóteles separa el mundo astral incorruptible e inmutable, del mundo terrestre o sublunar, lugar de cosas perecederas, y admite la dualidad de las leyes de la naturaleza.

La cosmología de Aristóteles difería en varios aspectos del modelo atomista. Aristóteles erigió el mundo a partir de cinco elementos: tierra, agua, aire, fuego y éter. Nada era casual ni accidental. Todo tenía su espacio natural y su propósito. Adoptando el sistema homocéntrico de Eudoxo materializa las esferas, que en el pensamiento de su predecesor eran abstracciones geométricas, para convertirlas en esferas cristalinas que encierran un universo esférico y finito. El lugar natural de la Tierra es el centro del universo, y todo lo semejante a ella que flota en el cosmos se desplaza en esa dirección. Éste es eterno y sus movimientos se efectúan en círculos. El éter es una substancia divina e indestructible; su espacio natural son los cielos, donde forma las estrellas y otros cuerpos celestiales. El agua, el aire y el fuego ocupan lugares intermedios. El Sol, la Luna y los planetas giran alrededor de una Tierra estática. Tales rotaciones dan forma al día y la noche.

S-EUDOXO

Representación gráfica del movimiento planetario ideado por Eudoxo y retomado por Aristóteles. Cada una de las circunferencias representa a una esfera cristalina, transparente y lo suficientemente resistente como base de soporte para un planeta. La esfera interior es la portadora del planeta B, la cual gira en una dirección que se predetermina por el eje que la une a la segunda esfera. Y ésta, a su vez, se mueve en función según el sentido que le impone el eje que la une a la esfera exterior. La combinación de los movimientos de ambas esferas interiores es lo que produce el aparente movimiento irregular del planeta. Un observador en la Tierra (T) lo percibe así, pero en realidad el planeta comporta un movimiento uniformemente circular, como se formula en la persistente creencia que los griegos legaron a la astronomía. Sólo con las interpretaciones que lograron realizar Copérnico y Kepler se pudo establecer la idea correcta de porqué los planetas presentan desigualdades, observadas desde muy antiguo, en sus movimientos.

Las estrellas están prendidas en la bóveda celeste, conjunto de esferas de cristal movido por ignotos dispositivos, en el que millones de perforaciones permiten el paso de la luz desde el más allá. El gran Aristóteles enseñó que las estrellas y los planetas se movían circularmente con velocidad uniforme en esferas perfectas centradas en la Tierra, gracias a la obra divina de un dios. Todo era limitado en el espacio. Como vemos, a diferencia del modelo atomista, el cosmos de Aristóteles tiene propósito y tiene un espacio que limita con las esferas de cristal. Ambas teorías concordaban en un aspecto importante: el universo era eterno. El éter, componente de los cuerpos celestiales y divinos, es inmutable por siempre y para siempre. El universo de Aristóteles no era solamente eterno; también era estático. Esta creencia de un cosmos inalterable dominó el pensamiento occidental hasta bien entrado el siglo XX.



MODELO COSMOLÓGICO ARISTOTÉLICO

Si bien el estagirita adopta la doctrina empedocleana, al considerar dentro de los cinco elementos con los cuales él erigió al mundo, los cuatro básicos que ésta predice, no obstante la ajusta a las exigencias de su concepción filosófica. El último constituyente del mundo sustancial es materia primaria, que carece de formas, pero potencialmente contiene todas las formas y todos los elementos. El paso de la potencia al acto se realiza al sobreponerse a la materia primaria una de las combinaciones binarias de las cualidades o formas: caliente, frío, seco y húmedo. Eliminando las dos combinaciones imposibles (caliente-frío y seco-húmedo) quedan cuatro combinaciones que corresponden a los cuatro elementos de Empedocles: fuego (caliente + seco), aire (caliente + humedad) tierra (frío + seco), y agua (frío + húmedo). Mediante la sustitución de una de sus cualidades formadoras, los elementos aristotélicos son transformables unos en otros.

HIPARCO, INNOVADOR EN LA ANTIGÜEDAD DE LA VISIÓN DEL CIELO

Ya señalamos anteriormente, en la separata 2.01, que la ciencia desde manos de los griegos pasó a los alejandrinos. Éstos, en general, se adhirieron a las tesis geofixistas, es decir, no adoptaron la posición central de la Tierra y reconocieron las deficiencias del mecanismo propugnado por Eudoxo a los movimientos celestes. En efecto, las variaciones que se observaban en el brillo de algunos planetas hizo surgir la idea de que pudiese existir algunas variaciones de ellos en sus distancias con respecto a la Tierra, y la desigualdad de las estaciones convirtió en inverosímil una trayectoria circular del Sol con nuestro planeta en el centro. Lo último descrito, obviamente hace evidente la incompatibilidad de aquello con el sistema eudoxiano de las esferas homocéntricas y fue, aparentemente, lo que indujo a Hiparco de Nicea (mediados del siglo II a.C.) a hacer recorrer a los dos objetos celestes más reconocidos por los terráqueos, el Sol y la Luna, círculos excéntricos en torno a la Tierra. Dio cuenta así, quizás a través de una simplicidad, de la desigual duración de las estaciones y de las variables distancias que separan de nosotros a estos cuerpos celestes, fenómeno inconsiderable dentro del modelo de sistema de Eudoxo. Hiparco calculó el mes lunar medio en 29 días 12 horas y 44 minutos con 2,5 segundos, resultado que difiere en menos de un segundo del generalmente actual aceptado.

PTOLOMEO, SISTEMATIZADOR DE LA COSMOLOGÍA GEOCÉNTRICA

Ahora bien, la concepción geocéntrica del universo, sistematizada en la cosmología aristotélica y elaborada en la tradición analítica del pensamiento griego, constituyó el egocentrismo cosmológico que dominó imperturbado a las civilizaciones occidentales hasta el siglo XVI. Su descripción la conocemos en detalle gracias a Claudio Ptolomeo quien, alrededor del año 150 d.C., escribió una monumental obra con características de una enciclopedia de astronomía. Su nombre original «La Colección Matemática» cambió luego a «El Gran Astrónomo», para distinguirla dentro de un conjunto de otros textos editados por otros autores, como Euclides y Menelaus, agrupados bajo el título «El Pequeño Astrónomo». En el siglo IX, los árabes la llamaron finalmente como la conocemos hoy, «Almagesto», o «El Gran Tratado». Consta de trece volúmenes que tratan del sistema geocéntrico, los planetas, el Sol y las estrellas fijas, de los eclipses, de geometría y trigonometría, de la construcción de instrumentos y observatorios astronómicos.

C.Ptolomeo

La base del sistema tolomeico del mundo no difiere mucho de la cosmología adoptada por Hiparco: La Tierra centro absoluto del universo, esférico y finito; miminización de nuestro globo, considerado en relación con el cosmos; rotación diurna de la Tierra del conjunto del cielo de Este a Oeste, y trayectoria de los astros resultante de combinaciones de movimientos uniformes y circulares. En general, los principios cosmológicos de Ptolomeo son iguales a los esbozados por Hiparco, con la salvedad de que creó una doctrina completa sobre los planetas, cuestión que Hiparco, prácticamente, no esbozó.

Para desarrollar su modelo, Ptolomeo usó tres construcciones básicas: la excéntrica, la epicíclica, y una ecuatorial.


CONSTRUCCIÓN EXCÉNTRICA




En ella, Ptolomeo coloca a la Tierra fuera del centro de la construcción geométrica. En ella, "E", se desplaza ligeramente desde "C" que corresponde al centro de la trayectoria de los planetas. Aunque en esta concepción se transgreden los principios geocéntricos aristotélicos, en los cuales la Tierra era el centro del cosmos y eje de todos los movimientos planetarios, el desplazamiento terrícola era mínimo y se consideró, más bien, como un ajuste a la regla que una violación. El gráfico sobre la construcción excéntrica que hemos insertado arriba aparece como una estructura fija; sin embargo, también podía jugar un rol movible. En ese caso, el centro del círculo mayor es un punto que rota alrededor de la Tierra a través de pequeños movimientos circulares justamente encima del centro de ésta. En algunas construcciones esos pequeños movimientos no se encontraban centrados en la Tierra.

CONSTRUCCIÓN EPICÍCLICA.




La segunda construcción, la epicíclica, contempla al equivalente geométrico de movimientos excéntricos simples. En este caso, los planetas se movilizan en círculos que rotan sobre la circunferencia del círculo mayor cuyo centro se encuentra sobre la Tierra. Cuando las direcciones y las velocidades de rotación del epiciclo son coincidentes, los planetas, observados desde un punto de la Tierra, detienen su marcha, revierten su curso, y entonces nuevamente comienzan su andar. Así el movimiento retrógrado anual de los planetas (ocasionado, en términos heliocéntricos por la adicción del movimiento anual de la Tierra con el de los planetas) podría encontrar su explicación.

CONSTRUCCIÓN ECUATORIAL




Como las dos construcciones anteriores no lograban una explicación satisfactoria para los movimientos observados de los planetas, Ptolomeo agregó una tercera, la ecuatorial. En este caso, el centro de la construcción circular mayor fue separado del punto de giro de la circunferencia,como podemos observar en el gráfico de arriba, a la izquierda, donde "C" es el centro geométrico del círculo mayor (comúnmente se conocen a este tipo de construcciones como de círculo excéntrico), pero el movimiento del centro epicíclico "O" es uniforme sobre el punto ecuatorial"e".

EL SISTEMA GEOCÉNTRICO TOLOMEICO


M-Ptolomeo

Sobre la base de las tres construcciones descritas, Ptolomeo logró diseñar un modelo cosmológico que, de acuerdo a su época, podía explicar, de alguna manera, el movimiento de los cuerpos celestes dentro de las normas de exactitud observacional que se consideraban entonces. En él, el Sol y los planetas se mueven en un pequeño círculo llamado epiciclo,cuyo centro gira alrededor de la Tierra sobre un círculo  llamado deferente; el centro de éste, sin embargo, no coincide con el de la Tierra. Los siete planetas, entre los que se incluían también la Tierra y la Luna, se desplazaban sobre siete esferas alrededor de la Tierra, la cual se encontraba en el centro (por ello, la denominación de sistema geocéntrico). Desde adentro hacia afuera se sucedían la Luna, Mercurio. Venus, el Sol, Marte, Júpiter y Saturno. Los planetas interiores –Mercurio y Venus- empleaban un lapso igual al que hoy llamamos su revolución sinódica para realizar una vez el giro de su epiciclo, cuyo centro tardaba un año para recorrer el deferente; por el contrario, los planetas exteriores –Marte, Júpiter, Saturno- se movían sobre sus epiciclos en un año, mientras el centro del epiciclo describía el deferente en un tiempo igual a la revolución sideral del planeta. Estos períodos estaban elegidos de tal manera que explicaran por qué los planetas inferiores acompañan siempre al Sol, sin poder apartarse de éste más allá de una distancia angular determinada, en tanto que los planetas superiores pueden recorrer todo el cielo.

En la Teoría que elaboró Ptolomeo sobre la base de sus tres construcciones, los epiciclos dan cuenta de las posiciones estacionarias y retrogradaciones de los planetas: éstos se mueven en general de Oeste a Este sobre el firmamento; sin embargo, para poder calzar con las predicciones, de tiempo en tiempo, se detienen para recorrer una breve distancia en sentido inverso antes de volver a tomar su dirección normal. Sin bien con ello Ptolomeo era capaz de explicar el movimiento de los cuerpos celestes, por lo menos, en función de lo que se podía captar en las observaciones que se podían realizar en la época, sí se salía de la compleja concepción de los movimientos perfectamente circulares de los planetas. Ptolomeo infringió los conceptos cosmológicos y las reglas físicas legados por Aristóteles. La excentricidad y los epiciclos significaban que los movimientos planetarios no se generaban exactamente centrados sobre la Tierra, el centro del cosmos. Pero ello, entonces, tan sólo fue considerado como un suave ajuste que pocos objetaron. No ocurrió lo mismo con la estructura ecuatorial, la cual se desagregaba del movimiento circular perfecto, y esta violación fue considerada por los griegos como un irritante enigma transgresor. No fue gustosamente asimilado el desplazamiento orbital de la Tierra en torno del Sol, desplazamiento que se suponía implícito al movimiento real de cada planeta y que engendra en la órbita aparente de éste, la apariencia de las estaciones y retrogradaciones. Ahora bien, en tanto que el planeta se desplazaba sobre una parte de su epiciclo, su velocidad se agregaba a la de su centro, en tanto que ésta se restaba cuando el planeta recorría otra parte de su trayectoria. Bastaba, pues, asignar velocidades convenientes al astro sobre su epiciclo, para reproducir las anomalías que se evidenciaban en las observaciones.

S-Ptolomeo

Ahora bien, seguido de la órbita de Saturno, se ubicaba la esfera de las estrellas fijas. A la Tierra, como ya se ha señalado, no se le ubicaba exactamente al centro, ya que a los planetas se les describían órbitas relativamente excéntricas. Sólo el Sol y la Luna giraban alrededor de la Tierra sobre un trazado circular. Así, estimando los valores de la traslación por el epiciclo y del deferente, era factible explicar el comportamiento de los planetas, en especial sus movimientos en bucle.



MODELO DE PTOLOMEO

Tanto la cosmología aristotélica como la tolomeica se plasmaron en occidente entre los siglos XII y XIII, pero se desenvolvieron dentro de un mismo ámbito como entes separados. La primera se estudió a través de la «Física de Aristóteles» y de «Sobre los Cielos», además de la difusión de numerosos trabajos; la segunda, irrumpe con el «Almagesto» y a través de literatura astronómica técnica, especialmente elaborada por astrónomos islámicos en cuyos trabajos asumieron a Ptolomeo como un paradigma. En el mundo del saber del occidente cristiano (radicado en las universidades que se fueron fundando alrededor del año 1200), la cosmología de Aristóteles figuró en la gran mayoría de las interrogantes relacionadas con la naturaleza del universo y repercutió significativamente en las preguntas y respuestas que se formulaban, tanto en la filosofía como en la teología. Por su parte, las ideas tolomeicas sobre la constitución del cosmos sólo fueron enseñadas en universidades como parte de la malla curricular de matemáticas, influyendo casi solamente en la obtención de respuestas técnicas sobre temas como el calendario, los pronósticos posicionales, y astrología.
Pero ahondando un poco más sobre el egocentrismo cósmico, dentro del modelo la Tierra era algo vago y complejo. Algunos, influenciados por las ideas orientales, la suponían reposando sobre los hombros de un gran elefante, que, a su vez, se erguía sobre el enorme caparazón de una tortuga. ¿Y la tortuga ... ? Eso parece que era preguntar demasiado. Tal vez sobre una tremenda base de fango.

Las opiniones religiosas, justificadas con el prestigio del estagirita, obstruyeron el proceso de la física y de la astronomía y lograron relegar al olvido a Aristarco y a otros que pensaron como él. Aun Hiparco, y se afirma que el propio Ptolomeo, habrían quebrado, interiormente al menos, el concepto de la Tierra plana y fija en el centro del cosmos.

Las universidades y órdenes religiosas que proliferaron en los siglos XII y XIII acicatearon el estudio del cielo y resucitaron y reforzaron, a su manera, los planteamientos aristotélicos, ajustando y estrechando las ideas a los preceptos confesionales en boga. Tomás de Aquino contribuyó a elaborar una estructura universal en la cual el círculo, en su equilibrio geométrico, regía los movimientos regulares de los astros, perfectos e inmutables, y condicionaba con su presencia los acaeceres de la vida. La astrología tuvo extraordinaria importancia y alentó la creencia de que la aparición de los cometas de trayectorias y períodos erráticos, y los eclipses, eran responsables de desastres y calamidades.

Fuente: http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-02_02.htm

4 Cosmología. Visiones antiguas del Cosmos.

Desde pequeños, muchas interrogantes se empiezan a embrionar en nuestro interior. En algún momento de nuestra infancia empezamos a tomar conciencia de la independencia de que gozamos en relación al entorno que nos rodea; nos volvemos conscientes de nuestro cuerpo, de nuestro propio pensamiento. Adquirimos la capacidad de distinguir lo que observamos a nuestro alrededor y, junto a ello, a interrogarnos sobre lo que estamos viendo.

Aristarco

Miramos, nos preguntamos por ello, por aquello. Algunas respuestas empezamos a comprender. En nuestras expediciones nocturnas, levantamos nuestra vista y recibimos las imágenes de fuentes luminosas que tachonan la bóveda celeste sin imaginar que este gesto, además de satisfacer la curiosidad del momento, puede constituir, andando el tiempo, un símbolo de insaciable sed de aventura y de anhelos de saber. El misterio del joyel que luce la noche empieza a transformarse en una fuente inagotable de preguntas. Ante la vista, aparecen las resplandecientes caudas de los cometas y observamos cómo los astros viajan por el espacio y cómo los meteoritos rayan la negra cúpula con fuego. Vemos como el Sol oscurece de cuando en cuando por sombras que ocultan su disco, o la Luna recortada por el propio perfil de la Tierra. Sabemos que la Tierra no es plana como aparenta, sino que gira entorno a sí misma como una bola moteada. Sobre el Sol -ese círculo de luz resplandeciente y pequeño que circunda el cielo- estamos consciente que es muchísimo más grande que la Tierra. También reconocemos que las disminutas chispitas de luz que vemos en el cielo también son soles. Esta síntesis, es la parte de la historia que logramos entender y conocer. Podemos cerrar nuestros ojos y abrirlos de nuevo y nos aparacerá ante nosotros un cuadro que nos parece igual. Pero la otra parte de la historia que sabemos es que ello no es así.

En el espacio, cuando algo sucede, lo hace muy lentamente. El Sol se ve cada día igual. Las estrellas parecen inmutables. En las grandes extensiones espaciales, el tiempo parece alargarse y reducirse interminablemente, absorbiéndonos completamente junto con nuestra propia Tierra.

Cuando era niño, solía levantar mi vista hacia el cielo nocturno lleno de estrellas y no lograba distinguir ninguna de las descripciones que había leído en los libros sobre astronomía de él. Veía a la bóveda celeste igual a una gigantesca tapa negra que cubría la superficie de la Tierra. En esta tapa opaca había agujeros blancos que se me asemejaban a orificios por donde se escurría la luz que había en el otro lado, agujeros que parecían estrellas. Poco a poco, a medida que la noche avanzaba, la bóveda iba moviéndose a lo largo del firmamento, con sus brillantes y parpadeantes orificios. Casi percibía que se movía. En las noches claras iluminadas por la Luna creía ver la luz lunar como los rayos de luz de una linterna reflejados en la negra bóveda en una función igual a la de un buscacamino. El Sol y la Luna estaban colgados de esferas transparentes que se movían en forma independiente a través del cielo. Aunque esa descripción infantil del universo no correspondía a las que entregaban los científicos, igual me conducía a la formulación de una serie de interrogantes. ¿Siempre ha existido el universo? Si no es así, ¿cuándo comenzó? ¿Y cómo? ¿Se acabará? ¿Está cambiando el universo con el tiempo? ¿Se extiende el espacio en forma infinita en todas direcciones? ¿Cómo llegó a formarse la materia en el universo?

Son interrogantes que en cualquier imagen descriptiva que se tenga sobre el universo afloran y en algún modo se han respondido. En cada cultura en que el hombre ha evolucionado ha existido una cosmología con su propia historia de cómo llegó a formarse el universo y hacia dónde se dirige. El asombro ante lo que vemos al mirar hacia arriba es tan antiguo como la humanidad. El Sol, las estrellas fijas y las fugaces, la Luna y sus fases, los cometas, los eclipses, el movimiento de los planetas en el cielo, despertaron siempre admiración, curiosidad y temor. Testimonio del pasado por escudriñar en los misterios del cielo se encuentra representado por los silenciosos monumentos de épocas remotas como Stonehenge en Inglaterra, Chichén Itzá en México, Angkor Vat en Camboya, los Mohai en Rapa Nui (Isla de Pascua), Abu Simbel en Egipto.
Es muy difícil resumir en unas pocas líneas cómo los pueblos antiguos fueron conociendo y entendiendo los fenómenos celestes. Asirios, babilonios, caldeos y sumerios, habitantes de la Mesopotamia, nos legaron, a través de los griegos, los primeros conocimientos sobre el universo. En igual forma llegaron a nosotros los conocimientos de los egipcios. También hay que mencionar la astronomía y cosmología de los pueblos del lejano oriente como los chinos, los japoneses y los hindúes, y el importante desarrollo alcanzado por la astronomía de los mayas, habitantes de América Central.


Algunos pueblos antiguos creían que el universo estaba formado por gigantes o dragones, o que empezó en un caos líquido o como una mazorca de maíz o un huevo primordial. Los griegos hablaban de un vacío intemporal que precedió al cosmos ordenado: lo llamaban Caos, y hablaban de cómo Gea, la madre de la creación, emergió de esta infinita oscuridad para fundar la tumultosa dinastía de dioses que gobernarían desde el Olimpo. Los incas se consideraban descendientes del Sol. Para los aztecas el joven guerrero Huitzilopochtli, símbolo del astro rey, amanecía cada mañana con un dardo de luz combatiendo a sus hermanos, las estrellas, y a su hermana, la Luna, para que se retirasen y así imponer su reinado diurno. Moría en el crepúsculo para volver a la madre Tierra, donde renovaba su fuerza a fin de enfrentar un nuevo ciclo al día siguiente.

Astrónomo Inca

Para las tribus primitivas de la India, la Tierra era una enorme bandeja de té que reposaba sobre tres inmensos elefantes, los que a su vez estaban sobre la caparazón de una tortuga gigante. Para los antiguos egipcios el cielo era una versión etérea del Nilo, por el cual el dios Ra (el Sol) navegaba de Este a Oeste cada día, retornando a su punto de partida a través de los abismos subterráneos donde moran los muertos; los eclipses eran provocados por ataques de una serpiente a la embarcación de Ra. Para los babilonios la Tierra era una gran montaña hueca semisumergida en los océanos, bajo los cuales moran los muertos. Sobre la Tierra estaba el firmamento, la bóveda majestuosa del cielo, que dividía las aguas del más allá de las que nos rodean.



El cielo de la diosa Nut está formado por su propio cuerpo fulgente de estrellas. Su esposo Geb, Dios de la Tierra, está reclinado bajo ella.

A medida que fue evolucionando su inteligencia y su conciencia adquirió potestad, el mundo observado o imaginado extendió sus límites y cambió su apariencia. Viejas civilizaciones cuadricularon la esfera celeste, ordenaron las estrellas, descubrieron cómo el venir y alejarse de los cometas se atenía a ciclos regulares, y previnieron los eclipses del Sol y de la Luna. La estrella Polar, extremo del eje a cuyo alrededor, aparentemente, giran las constelaciones, alineada en la dirección de la galería que lleva a la cámara nupcial de la Gran Pirámide, la orientación de ésta y otras notables construcciones y diversos documentos, señalaron a las civilizaciones posteriores algo de los conocimientos o de la herencia cosmológica de los egipcios, calderos y babilonios; los calendarios aztecas y los ideogramas mayas hablaron también de un saber cuya profundidad aun no entendemos.



Los mayas, habitantes de la península de Yucatán y partes de las actuales Guatemala y Honduras, consiguieron un desarrollo comparable con la astronomía. Prueba de ello es su famoso calendario, elaborado hace por lo menos veinte siglos, y que está basado en un ingenioso estudio de los desplazamientos de la Luna y la Gran Estrella noh ek (Venus) respecto del Sol. El año maya difiere del actual en menos de cinco minutos, en tanto que el calendario romano, más o menos de la misma época, se equivoca en unos diez a once minutos al año.

Poco a poco, especialmente en Occidente, los dioses y mitos fueron sustituidos por los mecanismos físicos en las especulaciones cosmológicas. En Grecia ya se sabía bastante de astronomía algunos siglos antes de Cristo. Desafortunadamente no conocemos -debido a la destrucción de la legendaria biblioteca del museo de Alejandría, lugar donde se guardaban preciosos documentos de la Antigüedad- cuán difundidos y aceptados eran esos conocimientos. Pero a través de algunas huellas literarias de esa época que se han podido rastrear, se ha sabido que diversos filósofos y matemáticos griegos sugirieron soluciones bastante imaginativas y cercanas a las verdaderas.

Si nos remontamos a seis siglos antes de Cristo, Tales de Mileto enseñaba que las estrellas estaban constituidas por fuego, que la Luna estaba iluminada por el Sol y que para nosotros era invisible durante la conjunción porque estaba escondida por los rayos solares. También decía que la Tierra, el centro del universo, era redonda. Predijo el eclipse solar del año 584 a.C., que puso fin a la guerra entre Media y Lidia.
Las primeras ideas sobre los movimientos de la Tierra, vale decir la rotación en torno a su eje y su revolución en torno al Sol, se atribuyen a Pitágoras (580?-520? a.C.). También se atribuyen a Pitágoras, o a su escuela, las ideas sobre la esfericidad de la Tierra, la Luna y el Sol, y sobre los movimientos de Mercurio y Venus en torno al Sol.

S-P_Aristarco

De Grecia la ciencia emigró a Alejandría y las investigaciones sobre el universo, basadas en medidas sistemáticas, hicieron un rápido avance. Es importante señalar que los astrónomos griegos, por sobre todo, se atrevieron a aplicar las leyes geométricas al universo. Aunque no se ha podido constatar su veracidad, se habla que alrededor del siglo III a.C., el gran astrónomo griego Aristarco de Samos (lugar próximo a Mileto), y que vivió en Alejandría, fue uno de los que puso en duda todo el modelo geocéntrico griego y postuló que la Tierra gira en 24 horas y se traslada en torno al Sol en un año. Aristarco parece haber basado su modelo en la determinación que hizo de las distancias al Sol y la Luna; propuso un método conceptualmente impecable, pero su difícil aplicación lo llevó a subestimar el tamaño del Sol, creyéndolo sólo siete veces más grande que la Tierra (en verdad el Sol supera 109 veces el tamaño de la Tierra). Pero siendo siete veces mayor le pareció natural que fuese el Sol el centro del universo y no un astro subordinado a la Tierra. También en su trabajo, dibujó las órbitas planetarias en el orden que ahora las conocemos. Pero la proposición de Aristarco no fue tomada en cuenta por sus contemporáneos o sus sucesores.



LA REDONDEZ DE LA TIERRA

Los primeros modelos cosmológicos griegos del siglo VI a.C. suponían una Tierra plana. Sin embargo, en los siguientes dos siglos los griegos aprendieron y aceptaron que la Tierra era redonda. Se atribuye a Pitágoras el haber enseñado por primera vez que la Tierra era redonda, hacia fines del siglo VI a.C. Aristóteles, en el siglo IV a.C., da varios argumentos por los cuales la Tierra debe ser redonda. En primer lugar porque cuando un barco se aleja de un puerto primero desaparece el casco y por último las velas. La altura del polo celeste aumenta al viajar al norte. Desplazándose hacia el sur aparecen estrellas que están siempre ocultas en Grecia. Por último, menciona que la sombra de la Tierra que podemos ver en los eclipses de Luna, es siempre un arco de círculo y sólo una esfera arrojaría una sombra con esas características. Aristóteles da un valor de 400.000 estadios para el perímetro terrestre (el largo del círculo máximo), sin citar de dónde lo obtuvo; parece ser un valor un 60% mayor que el verdadero.

En el siglo III a.C. vivió Eratóstenes astrónomo de la escuela de Alejandría. Él estuvo a cargo de la Biblioteca del famoso Museo de Alejandría. Sabía que el Sol estaba muy lejos de la Tierra, por lo tanto los rayos solares que llegan a la Tierra son todos prácticamente paralelos. Eratóstenes sabía que en Syene, cerca de la moderna Aswan (en el extremo sur del río Nilo), en el solsticio de verano, al mediodía, los rayos solares llegan al fondo de un pozo. En ese mismo día el Sol no pasa por el cenit de Alejandría sino a 7,2º de él. Razonó correctamente que eso se debía a la curvatura de la Tierra y que la vertical de Alejandría formaba en el centro de la Tierra un ángulo de 7,2º con la vertical de Siena. Midió la distancia entre Alejandría y Syene, obteniendo 5.000 estadios. Siendo el ángulo entre las dos verticales l/50 de un círculo, Eratóstenes obtuvo un perímetro para el meridiano terrestre de 50 x 5.000 = 250.000 estadios. Esta cifra la cambió después a 252.000 estadios, para que hubiese 700 estadios por grado. Desgraciadamente no se sabe con seguridad qué tipo de estadio utilizó Eratóstenes. Si fuese, como sugiere Plinio, el estadio de 157,5 metros el valor es casi idéntico al aceptado actualmente, ya que difiere en sólo unos ochenta kilómetros del valor correcto.

R-Tierra

Eratóstenes descubrió que mientras en Syene el Sol alumbraba el interior de un pozo al mediodía, en Alejandría sólo llegaba a un mínimo de 7,2º del cenit. Con ello concluyó que las verticales de ambos lugares forman un ángulo semejante en el centro de la Tierra. Midiendo la distancia entre ambos lugares obtuvo el perímetro y el radio terrestres.



Pero también se teje una leyenda que relata la forma de que se valió Eratóstenes para obtener las cifras del radio de la Tierra. Se cuenta en la leyenda que Eratóstenes contrató a un paciente caminante para que midiera paso a paso la distancia entre Alejandría y Syene , unos 800 kilómetros en total, lo que obviamente implica un recorrido bastante largo en el cual se debieron haber contado por el caminante una cantidad cercana al millón de pasos, en bastantes días de caminata. El método de Eratóstenes consistió en medir en ambos lugares y a la misma hora, la longitud de la sombra de una estaca clavada en la Tierra. Si en Syene el Sol estaba justo arriba, la estaca no proyectaría allí sombra alguna; en Alejandría, en cambio, por la curvatura de la Tierra, habría una sombra que delataría justamente la magnitud de esa curvatura y, por tanto, la circunferencia del planeta. Si hubiese sido por el método que podemos considerar como ortodoxo, o por el que relata la leyenda, de cualquier modo, Eratóstenes, 230 años antes de Cristo midió el radio terrestre con notable precisión. Ptolomeo en su libro el «Almagesto» adopta un valor muy similar al de Eratóstenes para el tamaño del globo terráqueo. ¡Se trata de una hazaña que se realizó 17 siglos antes de Colón!
Durante la Edad Media nunca se olvidó totalmente este conocimiento. El gran retroceso cultural de la humanidad alcanzó a todos salvo unos pocos que a lo menos conservaron el conocimiento fosilizado en los libros de los grandes pensadores de la antigüedad clásica. Colón no descubrió, ni mucho menos, que la Tierra era redonda: tuvo la gran valentía de intentar algo que nadie había hecho, pero que Aristóteles 18 siglos antes, sabía que era perfectamente posible, en principio.

También la aplicación de la lógica y de la física en el pensamiento cosmológico en la Grecia Antigua se encuentra en algunos cultores, cuyas descripciones teóricas del universo en cualquier estudioso llaman la atención. Uno de ellos fue Anaximandro en el siglo VI a. C. En su teoría, sostenía que las estrellas estaban constituidas por porciones de aire comprimido y que el Sol tenía la forma de la rueda de un carro, veintiocho veces mayor al tamaño de la Tierra. El borde de esta rueda solar tenía fuego, el que se escapaba a través de un orificio. Cuando el orificio se obstruía se producía un eclipse. La Luna se asemejaba a un círculo diecinueve veces la Tierra y también se asemejaba a la forma de la rueda de una carreta. El universo de Anaximandro se sustentaba en una substancia infinita y eterna. Los planetas y astros se formaban al separarse de esta sustancia; luego perecían y ésta los volvía a absorber. Según Anaximandro, la Tierra era un disco aplanado que se habría originado por un movimiento de remolinos que generó que los elementos pesados cayeran hundiéndose hacia el centro lo que le dio la forma, mientras que masas de fuego rodeadas de aire fueron lanzadas hacia el perímetro, dando vida así al Sol y las estrellas. Sin embargo, a pesar que aparecían y desaparecían estrellas, soles, mundos y planetas, el universo de Anaximandro como un todo era eterno, sin comienzo ni fin. Era infinito en el tiempo y en el espacio.

Muchas de las ideas de Anaximandro se hallan el la teoría atomista de Demócrito (aprox. 460-370 a.C.). En las ideas cosmológicas matrices de este último, toda la materia estaba compuesta de pequeñísimos cuerpos indestructibles a los que llamó átomos (de la palabra del griego atomos, que significa indivisible). Los había de distintas clases, entre ellos, se encontraban los átomos duros, los blandos, los ásperos y los suaves, lo que explicaba la variedad de sustancias esparcidas en el universo. El atomismo griego contaba con una explicación para todo, desde las lluvias a los sabores, icluido la escama de los peces. Aun cuando las sustancias podían cambiar alterando sus átomos, los átomos en sí no podían crearse ni destruirse; eran eternos. Los átomos de Demócrito correspondían a la substancia eterna de Anaximandro.

Esa visión atomista del universo tenía dos grandes fortalezas, las que fueron elaboradas y precisadas por Lucrecio en su poema clásico «De la naturaleza de las cosas» (por ahí, por el 60 a.C.). La propugnación de que "nada puede crearse de la nada" y "nada puede destruirse para convertirse en nada", hace que resulte imposible que los fenómenos ocurran sin una causal física. Por lo tanto, los seres humanos no debieran temer las intromisiones antojadizas de los dioses. Por otro lado, las personas debieran abstraerse de temer castigos tras su muerte, pues el alma, que también está constituida por átomos, se disipa como el viento; o sea, desaparece el objeto candidato a ser atormentado eternamente.

Ahora bien, si se aplica la teoría atomista al cosmos en general, obtenemos un universo indeterminado. Los átomos se desplazan ciega y libremente a través del espacio. Cuando por casualidad los caminos aleatorios de grandes grupos de átomos se entrecruzan, entonces se crea un astro, el cual subsistirá por un tiempo, desintegrándose y devolviendo los átomos a sus vagabundeos. Todo lo que se ve y existe, incluyendo la gente y los planetas, son simplemente islas de orden, temporales y accidentales, en un cosmos desordenado. Nada en él ocupa un privilegio especial. Todo corre la misma suerte. Al igual que el cosmos de Anaximandro, el universo atomístico no posee límite de espacio ni de tiempo. Es eterno, y estuvo y está ahí, porque es imposible crear o destruir un universo compuesto de átomos indestructibles.

A pesar de las enseñanzas de Aristarco, Eratóstenes, Anaximandro y Demócrito , la creencia predominante entre los griegos era que la Luna, el Sol y los demás astros que pueblan el cielo giraban sobre esferas perfectas en torno de la Tierra, el centro absoluto e inmóvil del universo. La Luna sobre la esfera más cercana, luego Mercurio, Venus, El Sol, Marte, Júpiter y Saturno, este último seguido de las estrellas fijas. Finalmente el inmóvil primum mobile (Dios), la razón primera que alentaba el movimiento armónico de todo este esférico concierto celestial. Es la concepción geocéntrica del cosmos, en la cual el hombre se sentía suficientemente importante como para dialogar con Dios, Omnipotencia más poderosa que él, pero con todos los atributos humanos, y creía que todo lo observable en los cielos giraba a su alrededor para su exclusiva complacencia.

Fuente: http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-02_01.htm

3 Cosmología. Introducción a la Cosmología.

L a cosmología constituyó hasta hace un poco más de un siglo una especie de rama de la metafísica. Se concebía como un conjunto de hipótesis y razonamientos relativos al origen y evolución del universo, al cual se le daban diferentes significados. A medida que el conocimiento de la materia, de la energía y de las profundidades estelares aumentó, empezaron estos estudios a ser considerados con el rango de una rama de la ciencia. También el acercamiento de la física a imprecisas fronteras hizo que las teorías cosmológicas debieran ser planteadas en el terreno científico.

Las ideas de la cosmología brotan desde las propias interrogantes que se embrionan en el interior de los seres humanos. Interrogantes comunes en la naturaleza humana como: ¿ Y antes? ¿Y después?, son las que se convierten como base de partida de prácticamente todas las teorías que exhibe la cosmología.
Todas las culturas se han hecho las mismas preguntas y de algún modo se han respondido. En algún momento de su historia, cada cultura ha tenido su propia cosmología, su interpretación de cómo llegó a formarse el universo y hacia dónde se dirige.

Dentro de esta disciplina, y sin una muy precisa distinción, caben la cosmogonía, ciencia que trata de la formación del universo, y la cosmografía, que estudia la constitución física de los cuerpos celestes, sus distancias, dimensiones y demás, y agrega hipótesis y razonamientos cuando la observación parece insuficiente. Pero se entiende que sus estudios se centran en el cosmos a gran escala. El objetivo de la cosmología es entregar el diseño global del universo, abordando principalmente su origen y evolución. ¿Cómo es el universo? ¿Cuál fue su origen? ¿Cuál será su destino final? Estas son algunas de las preguntas básicas que hoy hombres de ciencias intentan, a través de estudios teóricos cosmológicos, respuestas que si bien no siempre se insertan dentro del el sentido común, sí reflejan la realidad que se percibe a través del método de investigación científica.

La cosmología tolomeica que veremos en nuestro siguiente capítulo, pese a sus complicados ciclos y epiciclos, coincidía con el sentido común tan plenamente que dominó la cosmología occidental unos 1.000 años, hasta la época de Copérnico. Y no gozó de la protección confesional solo por que se adaptaba mejor a las Escrituras, ni tampoco fue un simple accidente fruto de la ignorancia. Hoy olvidamos que son la física de Aristóteles y la cosmología de Ptolomeo las que corresponden con el sentido común, no la física de Newton ni la cosmología de Copérnico, que son ya grandes abstracciones distanciadas de nuestra experiencia ordinaria.

Hoy, y dado los progresos que se han logrado en el conocimiento que se tiene sobre el cosmos y los instrumentos que se han elegido para obtenerlo, se requieren personas que hayan alcancanzado dominio a niveles superiores en ciencias como las matemáticas y la física en varias de sus ramas. Por ello, y en forma definitiva, les corresponde a los científicos los que se preocupan y sugieren las teorías cosmológicas, las teorías que intentan explicar el origen y evolución del universo.

Al finalizar el segundo milenio del calendario occidental, asombrosamente, la cosmología se ha convertido en una ciencia empírica, pero también a su vez comporta rasgos de una ciencia especulativa. Se convirtió en empírica gracias a dos importantes acontecimientos científicos. El primero fue, a nivel teórico, la creación de la teoría de la relatividad general de Einstein, una teoría general del espacio, el tiempo y la materia, que aportó una nueva estructura conceptual a nuestra idea del universo como un todo. Y el segundo acontecimiento que proporcionó a la cosmología su forma moderna fue la aparición de nuevos y potentes instrumentos astronómicos: los grandes telescopios de reflexión y los radiotelescopios y, más recientemente, el telescopio espacial. La teoría de Einstein no exige una cosmología específica o una estructura concreta del universo. Aporta el andamiaje, no los detalles. Para poder elaborar una idea más acabada sobre la estructura de todo el universo, en el espacio y en el tiempo, hacen falta, como siempre se enfrentan las aspiraciones que el hombre tiene para ello, una mayor cantidad y calidad de observaciones, y para ello seguirá siendo necesario la creación de nuevos y más capaces instrumentos.

La palabra teoría se deriva del griego «contemplar, examinar». Una teoría viene a ser como una descripción de la realidad. Es una coherencia satisfactoria que no necesariamente forma parte de la mera percepción. Es una imagen de la visión externa que captamos, que ordena con formas nuevas nuestra experiencia y hace inteligible la complejidad de nuestras percepciones. Pero todo lo anterior queda tergiversado si confundimos nuestra imagen de la realidad con la realidad misma. Una teoría que nace de las ciencias naturales, pese a su coherencia, su capacidad de predicción y su profundidad de visión, solo viene a ser un medio de describir la realidad material y no la realidad misma. Por ejemplo, según la teoría de Newton, las leyes del movimiento son ecuaciones diferenciales. Pero cuando los planetas se mueven en sus órbitas alrededor del Sol, no están resolviendo ecuaciones diferenciales que les dice cómo deben moverse, simplemente lo hacen. Las teorías son una invención humana, y somos nosotros los que resolvemos las ecuaciones diferenciales y vemos si nuestra imagen se corresponde con la realidad. Los planetas tan solo se mueven y punto.

Las teorías físicas y la cosmología pueden considerarse como descripciones de la realidad. Esto no quiere decir, claro, que tales descripciones sean invenciones arbitrarias. Unas descripciones son mejores y más precisas que otras, explicando un ámbito más amplio de la realidad. Podemos hacer comparaciones entre ellas y elegir a aquella que consideremos que se corresponde más con la realidad. Por ejemplo, es muy posible que lo que cada uno de nosotros capta, sin previos prejuicios, como una visión del firmamento tenga fallas insoslayables cuando examinamos de cerca al universo. A la descripción aristotélica la sustituyó la newtoniana, a la que, a su vez, sustituyó una descripción einstiana. A medida que los científicos van sabiendo más de la realidad, gracias a la observación y a los experimentos, las descripciones cambian para ajustarse a lo que se descubre. A veces, los descubrimientos experimentales son tan desconcertantes que ninguna teoría existente puede describir las nuevas realidades descubiertas. Y entonces han de cambiar hasta las reglas de elaboración de las descripciones teóricas, como sucedió a principios del siglo XX al aparecer la relatividad y la teoría cuántica. Continuamos elaborando nuevas ideas y descripciones teóricas y la realidad simplemente sigue existiendo. Es importante tener esto presente cuando hablamos de cosmología. Todas las cosmologías son modelos del universo, no el universo mismo.

LEYES UNIVERSALES

Para desarrollar y propugnar una descripción teórica cosmológicas, debe asumirse en forma irrenunciable y como una premisa ineludible, que las leyes que hemos logrado descubrir en nuestro planeta son idénticas a las que rigen a la totalidad de los grandes confines del cosmos. Es posible que lo anterior pueda ser considerado como una tremenda presunción; pero no tenemos otro medio si queremos saber más; sólo nos cabe aplicar tales leyes y verificar sus resultados.

Por fortuna, los acontecimientos cósmicos parecen mostrar cada día en forma más fehaciente su sometimiento a las mismas ordenaciones y sistemas de conducta que se cumplen en la Tierra. El movimiento de nuestro satélite natural, la Luna, se atiene a las leyes que controlan la caída de una manzana; el movimiento de las estrellas de nuestra galaxia sigue las leyes generales del péndulo; los átomos que hemos logrado observar alojados en mundos distantes de la Tierra muestran las mismas líneas espectrales que las de aquellos que examinamos en nuestros laboratorios; los planetas solares se trasladan y graznan sobre órbitas que corresponden a las mismas curvas y ecuaciones estudiadas hace siglos por los griegos..., y los delicados equipos que se han empotrado en sofisticados satélites que se han construido aquí en la Tierra y puestos en el espacio por la voluntad humana, a millones de kilómetros de nuestra morada, cumplen rigurosamente con las previsiones aquí formuladas y con las órdenes que les han sido impartidas desde tan lejos. Por otra parte, los únicos elementos que observamos en el amplio universo estelar, corresponden a aquellos que nos son terrícolamente familiares y que cuya clasificación parte de la serie de Menderlejeff.

Sin embargo, por los modestos alcances que aun tienen nuestros conocimientos sobre la magnificencia del universo y sus complejidades, se debe considerar que puedan existir otras leyes aún desconocidas o diferentes que, de ser así, las que todavía tenemos serán las que nos conducirán a distinguirlas y entenderlas.

LAS FUERZAS DE LA NATURALEZA

El núcleo medular del reino de la ciencia de la cosmología está constituido por cuatro fuerzas conocidas de la naturaleza, las que comúnmente las llamamos «fuerzas de campo»: gravedad, electromagnetismo, y las fuerzas subatómicas fuerte y débil. Se trata de un cuarteto que difiere fundamentalmente de las familiares fuerzas mecánicas que cohabitan con nosotros cotidianamente.
Nuestra noción común de fuerza implica la participación de un agente tangible que actúa directamente sobre algún objeto, como en el caso de una yunta de bueyes atada a una carreta. La yunta tira; la carreta se mueve. Los científicos explican la gravedad y las demás fuerzas de campo de otra manera. Cuando se recurre al ejemplo de la caída de una manzana se trata de explicar que ese fenómeno no es el resultado de una fuerza mecánica transmitida por la Tierra a través de algún invisible medio. En vez de ello, la manzana se mueve debido a su interacción con el campo gravitacional local creado por la masa de la Tierra.

El campo es gravedad; en cada punto del espacio existe una magnitud que puede ser medida en términos de la fuerza que ejerce sobre un objeto situado allí. El campo gravitatorio de la Tierra, por ejemplo, es más débil en la cima de una montaña que en el fondo de un océano.
El movimiento de un objeto cualquiera desarrollado a través de un campo genera más de una situación compleja. Por ejemplo, cuando una partícula cargada atraviesa un campo electromagnético, induce cambios en el campo. El campo alterado, a su vez, somete a la partícula a niveles de fuerzas constantemente variables.

Los científicos identifican y clasifican esta dinámica recurriendo al uso de expresiones matemáticas que son conocidas bajo el nombre de ecuaciones de campo, puntales de las teorías de fuerza. Puesto que estas ecuaciones también hacen posible calcular características anteriores de un campo, son herramientas importantísimas para el trabajo de los cosmólogos. Siguiendo el rastro de las interacciones de materia y campos de fuerza, los teóricos cuentan con capacidad para poder describir situaciones que se pudieron dar en el universo cuando éste todavía se encontraba en su "infancia".

LOS MODELOS CIENTÍFICOS

Creemos que es pertinente aquí una breve disgresión para hablar de los modelos en la ciencia. Durante este siglo veinte se han desarrollado varios modelos cosmológicos con soporte científico que iremos describiendo en capítulos posteriores. Lo que nos interesa aquí es subrayar qué es lo que los científicos identifican como modelo. Un modelo científico comienza con un objeto o un sistema físico verdadero, sustituye el objeto original por uno más simple y luego representa el objeto simplificado con ecuaciones que describen su comportamiento.

Lo anterior lo podemos describir con otras palabras sobre la base de los dos principios fundamentales que orientan el avance de la ciencia. Uno, que si vamos a preguntarnos sobre los objetos en el cielo, lo primero es mirar hacia arriba y ver qué nos dice la observación de lo que allí hay. Podemos imaginar o discurrir acerca de lo que no es fácil o posible de observar. Sin embargo, si el comportamiento imaginado contradice lo que se observa, debe ser abandonado. Es lo que se llama «principio de sometimiento al fenómeno», a lo que ocurre y puede medirse: el comportamiento de la naturaleza, si uno quiere conocerla, siempre manda.
El otro principio es el de simplicidad: de dos explicaciones, la más simple es siempre la mejor. Pero no tan simple que viole el primer principio. Einstein dice: "Todo debe ser lo más simple posible, pero no más simple".

Un modelo científico viene a ser, en alguna medida, una versión a escala de un sistema físico al que le falta algunas partes del original. Se requiere de gran juicio y habilidad para decidir qué partes no deben incluirse. Si se han omitido características esenciales, el modelo carece de toda validez. Por otra parte, si nada se excluye, significa que no ha habido simplificación y el análisis resulta a menudo demasiado complicado. Un ejemplo recurrente para entender esta definición es el que se basa en la construcción de un modelo para un péndulo oscilante. Para realizar el modelo, al principio podríamos intentar incluir la forma detallada del peso que está en el extremo, la densidad y la presión del aíre en la habitación, y así sucesivamente. Si consideramos tal desarrollo demasiado complejo, podríamos sustituir el peso por una simple bola e ignorar el aire completamente. De hecho, en la práctica este sistema muchísimo más simple funciona igual que el original. En cambio, si dejamos la gravedad fuera, el péndulo teórico resultante dejaría de ser tal, ya que no oscilaría de un lado hacia el otro. Al resolver las ecuaciones de un modelo se puede predecir, y luego poner a prueba, el sistema físico original.

I-Concepto Cosmología EH

PRINCIPIOS COSMOLÓGICOS A ESCALA HUMANA

Por su naturaleza y los objetivos que persigue, se puede considerar a la cosmología como una ciencia inmersa en continuos períodos de trastornos. Frecuentemente, las últimas observaciones que se van haciendo en las profundidades del espacio van revelando aspectos de un universo que dejan en entredicho y sin explicación a cuestiones importantes de modelos cosmológicos. Sin embargo, los cosmólogos han desarrollado nuevas teorías que les permiten estudiar cómo puede haber sido el universo durante la primera billonésima de segundo de su vida, un período que antes se consideraba imposible de calcular. Puede que estas nuevas teorías no sean correctas, pero por primera vez se ha podido situar el nacimiento mismo del universo sobre una base científica. Brillantes personeros de ciencia han focalizado su atención reflexiva en interrogantes que no hace muchos años se consideraban excluidas del ámbito científico.

En las últimas décadas han sido los astrónomos y físicos quienes han intentado responder las interrogantes cósmicas. ¿Siempre ha existido el universo? Si no es así, ¿cuándo comenzó? ¿Y cómo? ¿Se acabará? ¿Está cambiando el universo con el tiempo? ¿Se extiende el espacio en forma infinita en todas direcciones? ¿Cómo llegó a formarse la materia en el universo? Las descripciones teóricas que intentan dar respuesta a esas interrogantes tienen ahora en su formulación, a diferencia del pasado, un soporte científico, que puede ser empírico o matemático, y siempre sometido a las leyes consuetudinarias que rigen la conducta del hacer ciencia, que les permite, por lo menos, gozar de una atención. Pero lo anterior, no implica que la cosmología se haya podido desagregar tajantemente en sus descripciones teóricas de algo de sueño y mucha imaginación especulativa. El modelo cosmológico más ampliamente difundido, como es la del Big Bang, descansa en cuatro soportes observacionales: el desplazamiento de las galaxias, que se alejan unas de otras a enormes velocidades (descubierto en 1929 y que ha sido interpretado como una de las evidencias de la expansión producida por una gran explosión que dio origen al cosmos); la concordancia que se puede registrar entre la edad del universo - calculada por la velocidad a que las galaxias se distancian entre sí - y la edad de la Tierra, medida por la desintegración radiactiva del uranio; el baño de ondas de radio provenientes del espacio, pronosticado como el necesario remanente de un universo más joven y caliente, descubierto en 1965; y la composición química general del universo -cerca de un 25% de helio y un 75% de hidrógeno-, lo que puede explicarse en términos de procesos atómicos en el universo recién creado. Si dejamos de lado estas escasas observaciones críticas, lo que sostiene al modelo del Big Bang es sólo teoría, supuestos, suposiciones e intuiciones; o sea, el aporte de algo de sueño y mucho de imaginación. De todas las ciencias, la cosmología es la que requiere las extrapolaciones más extremas en el espacio y en el tiempo.

Es indudable que todas las teorías cosmológicas tienen algo de sueño y mucho de imaginación; es posible que llegue a establecerse cuál de ellas expresa mayor certeza en lo acaecido en el cosmos; pero todavía todas viven sostenidas por un alto porcentaje de especulación.

Sostener, como veremos en capítulos posteriores, que el universo no tuvo principio ni tendrá fin, o conformarse con no preguntar de dónde proviene toda la materia o la energía que habría formado el inconcebible y gigantesco átomo primigenio del Big Bang o del Universo Pulsante, es enterrar la cabeza en la arena. «Un tiempo o un espacio infinitos, se contesta, no tiene principio». Tal posibilidad es, lógica y naturalmente, incomprensible y nos hace penetrar, nos guste o no nos guste, en un terreno que objetivamente puede ser calificado como especulativo, pretendiendo explicar, con palabras que tienen solo un sentido abstractamente matemático, un fenómeno todavía inexplicable.

Concebir algo sin principio ni fin; entramos a tratar con conceptos que debemos de reconocer que se encuentran ausentes en la naturaleza humana. Por ello, pienso que todas las teorías cosmológicas necesitan iniciarse en un acto de creación, no solo de la materia y de la energía necesarias, sino también de las leyes o normas de conducta a las cuales habrán de atenerse en su devenir. Ello presupone dar respuestas a preguntas que la ciencia no está, ni tal vez estará nunca, en condiciones de poder contestar: ¿Y antes? ¿Y cómo? ¿Y para qué?. Lo sabio, en este caso, es asumir una posición honesta y simple: no remplazar la ignorancia por palabras o frases tan sin sentido como «generación espontánea» o «no me interesa, porque la ciencia no tiene cómo saberlo todavía».

Pienso que lo recurrente en nuestro quehacer científico debe ser la modestia y la honestidad de aceptar nuestra actual incapacidad. Referirnos a estas condiciones de orden ético nos enfrenta al gran mundo dentro del cual han nacido y se han configurado las imágenes y los conceptos capaces de ordenar lógicamente, según Einstein lo dijo, los fenómenos sensoriales; un mundo del cual el de la ciencia es humanamente hijo y sin el cual no podría existir el análisis de los fenómenos que lo conforman. Es el mundo de la inteligencia y del conocimiento, en el cual nacieron el ansia de saber, de verdad, y todo el vastísimo material de ideas que nos nutre espiritualmente.

Por último, y con el objeto de precisar una posición personal, creo que no deja de ser científico aceptar que los agujeros negros, las estrellas, los planetas y los átomos han sido en último término creados por Dios, pero a la vez estoy convencidos de que, en su naturaleza material, su existencia obedece a un proceso cósmico sin categorías ni privilegios especiales, todos sometidos a las mismas leyes. Si unas estrellas son más masivas que otras, o tienen mayor brillo, o más influyentes sobre la vida en el planeta que otras, ello es explicable en términos de principios o leyes físicas universales que rigen para todas sin excepción. Antares sabemos que es una estrella muchísimo más grande que el Sol, pero su comportamiento físico se rige por las mismas leyes que operan para nuestro Sol. Pienso, y así humanamente lo acepto como una concepción inserta en mi formación científica, que las leyes universales de la física son la estructura misma de la Creación.

Fuente: http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-01_02.htm

2 Cosmología. Las Cajas Negras.

"El científico suele confesar que basa sus creencias en la observación, no en la teoría... No he conocido a ninguno que lleve a la práctica tal afirmación...la observación no basta...la teoría tiene una participación importante en la determinación de creencias".
ARTHUR S. EDDINGTON, The Expanding Universe, 1933

E l científico, al hacer ciencia, desarrolla una parte importante de su trabajo a través de lo que normalmente se conoce como cajas negras, que no son más que las generalizaciones que solo describen un fenómeno, tomando en cuenta nada más que variables de entrada y efectos de salida. En ello, puede, incluso, llegar a descubrir leyes que relacionan a través de las matemáticas ambos parámetros y, de ese modo, poder construir predicciones sobre el comportamiento de un sistema. Lo anterior, prescindiendo de definir el mecanismo íntimo responsable de la regularidad encontrada, que explica tal comportamiento del sistema.
Aunque solamente vienen a ser una representación del funcionamiento global de un sistema dado, es decir las simples fundaciones de un modelo fenomenológico del hecho o hechos en estudio, no obstante las cajas negras son poseedoras de la virtud de ser generalizantes, descubridoras de regularidades que necesitan ser explicadas, de ser representaciones sencillas, precisas y de alto contenido empírico, lo que implica para el científico la imposibilidad de alejarse demasiado, con interpretaciones de los hechos mismos. Por ello, históricamente, las cajas negras han llegado a ser uno de los pasos ineludibles que se dan en las primeras etapas en los procesos de construcciones teóricas.

Lo descrito anteriormente es, quizás, el único paradigma que los científicos, al hacer ciencia, siguen con rigor. En física, por ejemplo, los fenómenos estudiados como cajas negras son abundantes y clásicos.
En óptica encontramos que se ha logrado establecer, entre otras cosas, que, en la reflexión de la luz, el ángulo de incidencia de un rayo luminoso es igual al ángulo de reflexión. Ello se expresa con simplicidad en matemáticas a través de la siguiente forma: i = r (i es el ángulo de incidencia y r el de reflexión). Con esta fórmula es posible predecir hacia dónde saldrá el rayo reflejado, si se conoce el ángulo con que la luz llega a una superficie reflectora. Y esto sin necesidad de saber, ni siquiera de cuestionarse, por qué ello ocurre así o cuál es la naturaleza de la luz, si es onda, partícula o fotón.

Otro ejemplo muy conocido y simple se encuentra en lo que se conoce como ley de Boyle (denominada así en homenaje a su descubridor), la cual establece para un gas: V = K x T/P; en que V es el volumen, T la temperatura, P la presión y K una constante. De acuerdo a esta ecuación, si se aumenta la temperatura, dejando constante la presión, aumentará el volumen del gas, en cambio si lo que se aumenta es la presión - manteniendo constante la temperatura - disminuirá este volumen. Utilizando esta relación matemática establecida, es posible predecir exactamente el volumen que alcanzará el gas si se conoce el valor inicial de las variables, el valor de la constante y la cantidad de cambio que se introduce al sistema. También explica que el gas se calentará si se aumenta la presión y se mantiene constante el volumen. Para hacer estas predicciones no es necesario averiguar la naturaleza del gas - lo que podría explicarnos el por qué de esta regularidad -, es suficiente con tratar al sistema como una caja negra.

En la vida diaria, habitualmente tratamos con situaciones o artefactos en forma de cajas negras. Hasta niños muy pequeños saben que si accionan la perilla adecuada en un aparato de televisión, aparecerán imágenes en la pantalla; también sabemos que si se gira el selector, cambiarán las imágenes; o que si giramos la perilla del volumen irá variando el nivel de éste. Incluso podemos obtener una ecuación que relacione el ángulo de giro de la perilla con el volumen logrado y posteriormente predecir el volumen exacto que se logrará al fijar la perilla en determinado ángulo. Todo eso lo hacemos sin necesidad de saber que es lo que hace exactamente cada perilla en el sistema, o como es posible captar imágenes de algo que puede estar sucediendo a kilómetros de distancia. Nos basta con saber que si aplicamos una variable de entrada, tendremos un efecto de salida, nos basta con una explicación de caja negra. Y así actuamos frente al teléfono, el auto, la radio, etc., sin olvidar, por supuesto, el control remoto.

Pero las cajas negras pueden ser desmontadas, pueden abrirse, en un sentido figurado. Esto se logra haciendo conjeturas, hipótesis, acerca de lo que ocurre en su interior, de los mecanismos que generan el efecto que se registra en la salida cuando se aplica una determinada variable en la entrada del sistema, para luego realizar experimentos o registrar observaciones que avalen o rechacen la realidad del mecanismo propuesto. Una vez en posesión de una hipótesis tal, con su correspondiente aval de experiencias, la caja negra se ha transformado en una caja translúcida. La naturaleza atómico-molecular de la materia, junto a la dinámica de las moléculas en un gas es la caja translúcida de la ley de Boyle.

Para muchos filósofos de las ciencias el objetivo de éstas es generar cajas negras para luego transformarlas en cajas translúcidas, de modo de aumentar el conocimiento, pero, además profundizarlo. Para otros, en cambio, la ciencia sólo debe llegar a definir las cajas negras, pues el transformarlas en translúcidas sólo agrega especulación, alejándose de la base factual, empírica. Como quiera que sea, los científicos difícilmente renunciarán a hacer translúcida una caja negra.

Fuente: http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-01_01.htm

1 Cosmología. Prefacio.

Prefacio

Al principio creó Dios los cielos y la Tierra. La Tierra estaba confusa y vacía y las tinieblas cubrían la faz del abismo; pero el espíritu de Dios se cernía sobre la superficie de las aguas.
Genesis

Por desgracia para los soñadores, los medios de expresión de la ciencia han cambiado en gran manera y el acercamiento a la realidad cosmológica y la observación más acuciosa y a nuestra escala del universo, y han destruido, en gran medida, gran parte del oropel y del trasfondo con que, la fantasía componía y coloreaba sus paisajes y entronizaba a la humanidad dentro de un marco de ritualizaciones y mitos o, en el mejor de los casos, de aceptaciones irrestrictas propugnadas por un hombre sabio; creando en sí, seres terráqueos insertos en una civilización de maravillas.
Son muchísimos los ejemplos que demuestran la verdad de esta desencantada aserción. No hace mucho tiempo, que los científicos poblaron el ambiente de nuestras realidades domésticas con hermosas aseveraciones sobre la arquitectura y origen del universo en que un núcleo formado por protones y neutrones, bellamente coloreados, hacía girar a su alrededor a traviesos electrones, los cuales, al saltar de una órbita a otra, destellaban y esparcían con sus cabriolas las partículas o ondas semejantes de reflejos de rayos de un diamante de la luz. Imágenes de este tipo todavía se pueden hallar en dibujos de publicidad, en el cine, en la televisión y aun en libros de divulgación. El avance de las investigaciones y la profundización en el conocimiento de tales fenómenos han transformado todos estos hermosos símbolos o representaciones en prácticas relaciones matemática. En forma tajante Werner Heisenberg lo dijo: «Es menester liberarse de las imágenes descriptivas y contentarse con símbolos métricos. Queriendo imaginar lo inimaginable, la física se aventura en un dominio donde el control de la observación es impotente para seguirla».
Es un hecho de la causa y ha seguido sucediendo. En las últimas décadas, las investigaciones realizadas por el propio hombre en sus visitas al satélite natural de la Tierra y el monitoreo que ha venido realizando con los vehículos, laboratorios y telescopios espaciales, los radiotelescopios y demás instrumentos astronómicos y astrofísicos así lo constatan. Sus búsquedas y los encuentros consiguientes se concretan en tablas de relaciones, en cifras, en ecuaciones, en general en matemáticas, pero no en imágenes.
Las objetivas informaciones obtenidas por naves no tripuladas de diferentes misiones en sus viajes a través del sistema solar que han rastreado los aledaños y pequeñas fracciones de atmósferas y superficies del planetas, como asimismo la mayor profundidad de observación del cosmos que se ha alcanzado con la puesta en órbita de un telescopio espacial, han agregado muy poco al conocimiento de las apariencia estructural del universo como la de los astros visitados. En cambio, han enriquecido notablemente el acervo de datos representables sólo por números y relaciones y, por ello, de difícil comprensión para los profanos. Pero un día no muy lejano, cuando el hombre pueda hacer sus observaciones sin la interferencia de la propia atmósfera terrestre que le permite vivir o pose sus plantas sobre la superficie de alguno de nuestros vecinos y pueda recorrer sus territorios y excavar los estratos que lo forman, se satisfará, por lo menos en parte, nuestro afán de intentar observar al primer fotón que nace con el universo y de conocer, aunque sea con pasos limitados, las apariencias de los parajes y, quizás, poder saber qué albergan los valles, desiertos, piélagos y montañas de los planetas de nuestro vecindario.
Mientras tanto, cumple ponernos en guardia para no generalizar con demasiado entusiasmo. Los conceptos adquiridos sobre las posibles realidades del universo y sus peculiaridades, como de los planetas rastreados por máquinas que se han posado en sus superficies o orbitado alrededor de ellos, lo han sido con el mismo criterio que emplea una persona al observar con conocimiento el cielo nocturno o imaginar cómo son la superficie y la flora de la Tierra partiendo de lo que ha observado en su propio y pequeño jardín. Un gusano inteligente, nacido en el corazón de una manzana, la perfora, sale a la superficie y la recorre deseoso, quizás, de conocer el mundo en que vive. Puede que logre formarse una imagen de cómo es la manzana, y acaso alcance a completar un concepto respecto del árbol que produjo la manzana. Pero ¿logrará saber de la arboleda, del país, del planeta al cual pertenece?
El insigne pensador Lecomte du Nouy utilizó un ejemplo que yo he tomado prestado en un ensayo anterior para aclarar esta estricta capacidad de conocimiento del hombre, cuando plantea el caso de un microorganismo -para nuestro ejemplo, considerado inteligente- habitante de las pequeñísimas grietas e la piel de un elefante.
¿Qué concepto podría tener ese minúsculo ser de la rugosa cobertura del paquidermo? Para él, los altibajos de la gruesa epidermis serían barrancos y montañas más impresionantes que, para nosotros, las alturas del Aconcagua o los riscos del Himalaya. Podría ese organismo llegar a formarse, después de largos viajes de aventura, una imagen de la forma externa del elefante; y si su inteligencia fuera suficiente poderosa y penetrante, lograría crear medios científicos y tecnológicos de observación y análisis para descubrir o imaginar la estructura y funcionamiento de todo el intrincado sistema de los órganos internos, circulación de sangre, sistema nervioso y demás del paquidermo. Difícil resulta, sin embargo, suponerlo capaz de ampliar y generalizar sus conocimientos hasta comprender la existencia de otros animales, de otras especies y, sobre todo, del hombre, independiente dominador del ser que a él lo alberga.
Ahora bien, si razonamos prudentemente, podríamos preguntarnos: ¿No estará el hombre metido en un contorno tan restringido como el del microbio inteligente que hemos imaginado? ¿No existirán en el universo realidades extrañas a nuestras escala conceptual y de observación?
Sin embargo, el hombre tiene, sobre el gusano y el microbio inteligentes del cuento, extraordinarias ventajas capaces de hacer menos desalentador el cuadro. El hombre sabio, de gran masa cerebral evolucionada y desarrollada y erguido en dos pies, ha agigantado y sigue agigantando, cada día de manera más asombrosa, su capacidad de observación; para ello ha creado instrumentos, herramientas, dispositivos y máquinas que le permiten obtener informaciones para las cuales sus sentidos, directamente, son sordos. Así, ha penetrado en la profundidad recóndita de la materia y en los dilatados campos espaciales mucho más allá de lo que le habrían permitido sus propios medios biológicos.
Además, desde el principio del siglo XX, genios tan extraordinarios como Albert Einstein enseñaron la utilización de un tipo de raciocinio epistemológico y axiomático de autocrítica, destinado a comparar los alcances y las certezas de las extrapolaciones y generalizaciones, con los resultados de la observación. Se logra de este modo no sólo limitar los márgenes de error, sino que también se hace evidente la reiterada inexactitud de lo observado por nuestros sentidos o por sus instrumentos auxiliares; se adquiere una más clara conciencia de que muchas de las imágenes y conclusiones obtenidas corresponden a interpretaciones de impactos o informaciones que, aun cuando aparecen como una realidad, son sólo realidades humanas. Comprende el observador, por consiguiente, cómo para otros sistemas neurológicos y psíquicos existentes en el universo en medios distintos, los mismos impactos podrían generar apariencias o imágenes o conceptos que en nada se parecen a los por él figurados o aceptados.
En los distintos capítulos de este libro intento describir a este peculiar, y en cierto modo subjetivo, modo de conocer del hombre, resultado de una morfología sui generis y de métodos de observación precarios y deformadores. Se aprecia allí lo limitado de la realidad última o hipotéticamente absoluta del cosmos y de la naturaleza conocidos por el hombre.
Conscientemente y tratando de basarme en lo postulado y observado por la ciencia, voy a dejar volar mi imaginación, sin sobrepasar, sin embargo los confines aceptados. Seguiré, en cierto modo, el método empleado por Desiderio Papp cuando, hace más de cincuenta años, escribió su apasionante ensayo «La Vida en Otros Mundos».
Pero este libro fue escrito por un muchacho, y éste, en cambio, su literatura surge de la pluma de un hombre que ya se encuentra traspasando los límites de la madurez. Papp escribió en un momento de eclosión de ideas, pero todavía muy limitado en el campo de la observación. No sólo no eran realidad los vehículos espaciales; apenas se iniciaba la radiotelefonía; la electrónica estaba en la mente de Dios y la constitución íntima de la materia se representaba por imágenes ya muchas veces renovadas. Ni energía nuclear; ni satélites espaciales; ni telescopios de largo alcance, mucho menos espaciales; ni radioastronomía; ni microscopios electrónicos, ni siquiera aviones ultrasónicos. Para qué hablar de potentes aceleradores de partículas, computadores o de los mil artificios puestos en trabajo por la tecnología durante los últimos lustros. Ni de cibernética, ni de la luz coherente, ni de temperaturas del cero absoluto.
Millones de nuevas observaciones, más hondas y más vastas, han alterado el cuadro configurado por el hombre de su propia realidad y del mundo que lo rodea; y lo han enriquecido extraordinariamente. ¡La ciencia ha sobrepasado, en gran manera, los sueños de los soñadores!
Pero el acelerado cambio que nos ha cabido en suerte presenciar obliga a ser más cautelosos y a dudar de la permanencia de algunos de los esquemas que los hombres de ciencia en la actualidad manejan. Porque, a pesar de tantos avances vertiginoso todavía no somos capaces de comprender a cabalidad la estructura y su comportamiento de nuestro propio planeta, como asimismo la vida ; no ya una vida susceptible de germinar en lo ignoto de un cosmos desconocido, pero ni siquiera la vida orgánica terrestre.
¿Para qué, entonces, se preguntará más de un lector, sobre bases tan inestables elaborar teorías sobre la arquitectura del universo? ¿Por qué no concentrar nuestro esfuerzo en la búsqueda de nosotros mismos? Mi respuesta es categórica: sólo para satisfacer un ansia incontrolable del pensamiento. Además, conociendo el universo nos conocemos.


Advertencia

Aquellos que no dispongan del tiempo o de los elementos para adentrarse personalmente, aunque sea en forma somera, en las materias que se tratan en este libro virtual, no tienen más que creer en quienes han «adivinado», antes que los instrumentos les descubrieran y solo con la ayuda de cálculos matemáticos, la existencia de estrellas y cuerpos celestes; deben tener fe en quienes han sido capaces de desintegrar la materia y transformarla en energía; en quienes han alterado nuestra bóveda celeste colocando en ella satélites artificiales o enviando, a cientos de millones de kilómetros, laboratorios capaces de explorar planetas, medir radiaciones y otras características y enviar sus resultados a la Tierra... O, sencillamente, concluir aquí la lectura de este libro que presento y darse la magnifica satisfacción de no creer.
Este trabajo está estructurado en capítulos y está dirigido a todo tipo de lectores. Para aquellos que deseen adquirir conocimientos actualizados generales de astrofísica, cosmología, cosmografía y cosmogonía y que no cuentan con una mayor formación previa sobre esas disciplinas, los hechos y sus interpretaciones se presentan, en general, en forma sencilla, intentando que las nociones de física puedan ser comprendidas a través de un lenguaje de uso frecuente.
Sin embargo, y con el objetivo de cumplir con la función didáctica que me he propuesto al escribir este libro, se han insertado aspectos sobre nociones fundamentales de física y su formalismo matemático que las expresa para aquellos casos en que el tema que se trata lo amerita. Pero ello, si bien requiere para una mejor comprensión poseer alguna formación específica en matemáticas y física, no compromete, para aquellos que no la tiene, la posibilidad de alcanzar un muy buen entendimiento global sobre la materia tratada en la respectiva literatura.

Patricio T. Díaz Pazos

http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-00.htm

INTRODUCCIÓN

Por más de dos mil años, desde que Aristóteles lo propugnó, existió en el pensamiento occidental la creencia de que el universo era eterno y no cambiaba. Se creía que las estrellas están hechas de una materia imperecedera y que la arquitectura de la cúpula celeste es fija e inmutable. Hoy sabemos, gracias al desarrollo tecnológico moderno, que ello no es así. Las estrellas nacen y mueren después de vivir varios millones o miles de millones de años. Brillan porque queman su carburante nuclear y se extinguen cuando éste se les agota. Y, más aun, contamos con los conocimientos y capacidad técnica para poder averiguar la edad de cada una y, también, estimar la del universo.

http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-01.htm