El 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 observaro 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.

Antigüedad del universo

Se ha calculado que el universo tiene una antigüedad de 13 700 millones de años.

Para que nos hiciéramos 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

Para medir el universo se utiliza una unidad denominada año luz, que corresponde 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:

300 000 km 3 60 s 3 60 min 3 24 h 3 365,25 días

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.

Composición del universo

Se considera que el universo está constituido por un 7 % de energíaoscura, un 23 % de materia oscura y un % de átomos que componenla 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.

• 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 mododirecto el % de la materia de una galaxia, ya que el 90 % restante es materia oscura.

• 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, en el que los elementos más pesados ocupan el centro; los intermedios, el manto y la corteza; y los más ligeros, la atmósfera. Por eso se dice que los seres vivos somos polvo de estrellas. Se calcula que en el universo hay un átomo por metro cúbico de espacio vacío.

Estructura del universo

El universo está formado por nebulosas y galaxias.

• Las nebulosas son cúmulos de polvo cósmico de aspecto difuso.

• Las galaxias son cúmulos de estrellas y de polvo cósmico que se mueven juntas por el espacio.

Nuestra galaxia, la Vía Láctea, está constituida por unos 200 000millones de estrellas situados en un espacio de unos 100 000 años luz dediámetro.

Se considera que en el universo hay entre 10 000 y 100 000 millonesde galaxias. Nuestro planeta es una simple mota de polvo en la inmensidaddel universo.

La teoría de la relatividad como inicio 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 unasconclusiones que, años más tarde, han sido confirmadas por las observaciones de los astrónomos.

En el universo no se puede distinguir si un cuerpo está en reposo absoluto o moviéndose con unavelocidad constante. Tampoco se puede distinguir entre un cuerpo en movimiento acelerado y otro que esté sometido a un campo gravitatorio. Esto significa que en el universo es lo mismo que una peonza gire o que sea el universo el que gire a su alrededor y lapeonza esté quieta.

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 comotarda en llegar lo que percibimos no es lo que sucede ahora, sinolo que sucedió en el pasado. De esto se deduce un universo decuatro dimensiones, siendo la cuarta el tiempo.

• La masa y la energía son dos aspectos de una misma realidad físicay una se puede convertir en la otra según la fórmula:

E = m • c2

Siendo E la energía, m la masa y c la velocidad de la luz (300 000 km/s).La masa de un cuerpo aumenta al aumentar su velocidad. A la velocidadde la luz, la masa de un cuerpo sería infinita.

• La luz está constituida por quanta de energía luminosa o fotonesque no tienen apenas masa cuando están en reposo y que sepropagan siguiendo un movimiento ondulatorio. Como estosaumentan su masa al desplazarse, los campos gravitatorios hacenque la luz no siga una trayectoria rectilínea, sino que se desvíe.Este hecho fue confirmado en 1919, aprovechando un eclipse deSol, al comprobar que la posición aparente de una estrella eraligeramente diferente, debido a que su luz al pasar cerca del Sol se veía influida por su masa.

La teoría de la gran explosión (Big Bang)

Según esta teoría, el universo se originó a partir de una gran explosiónque proyectó toda la energía y la materia existentes. La elaboraciónde esta teoría la inició Einstein en 1917.

Se partió de la hipótesis de que en el universo la distribución de lamateria era uniforme (universo homogéneo e isótropo) y que no cambiabade forma con el tiempo (universo en equilibrio). Para compensar elefecto de la gravedad, Einstein introdujo en su modelo una fuerza igual,pero de sentido contrario, a la que denominó constante cosmológica.

En 1924, el matemático A. Friedmann demostró que este modelode universo no era posible, ya que con el paso del tiempo debía hacersemás grande o más pequeño, por lo que la constante cosmológica erainnecesaria. A. Einstein estuvo de acuerdo con esta corrección.

En 1927, el astrónomo G. E. Lamaître expuso la teoría de que lasgalaxias provienen de la explosión de un núcleo inicial, llamado huevocósmico o átomo primitivo.

En 1929, el astrónomo E. Hubble, al analizar el espectro de la luzque nos llega de las galaxias, dedujo que todas ellas se alejan de nuestroplaneta, es decir, que el universo está en expansión.

Entre 1948 y 1952, el físico G. Gamow coincidió con la hipótesis deLamaître sobre el origen de las galaxias (fue el que propuso el nombre deBig Bang), pero discrepaba en la idea de que los primeros átomos en formarsefueran los pesados.

Según Gamow, el huevo cósmico estaba constituido por neutrones,que al descomponerse generaron protones y electrones, los cuales seaglutinaron y formaron átomos de hidrógeno y de helio, a partir los cualesse crearon los demás elementos.

A la teoría del Big Bang se le hizo la crítica de que, si a partir de lasgalaxias más alejadas se calculaba el tiempo transcurrido, el resultado erade 2 000 millones de años, lo cual era absurdo, ya que solamente la Tierratiene más de 4 000 millones de años. Según los cálculos realizados posteriormente,la gran explosión se rodujo hace unos 13 700 millones deaños.

Teoría del estado estacionarioo 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 novaría en el tiempo. Aunque el universo se expande, su densidad se mantieneconstante gracias a que continuamente se está creando nuevamateria.

El debate entre los seguidores de la teoría del Big Bangy los seguidoresde la teoría del estado estacionario se decantó hacia los primeros apartir de los siguientes descubrimientos: la distribución de las radiofuentescelestes, los cuásares, la radiación de fondo y la proporción de átomosde hidrógeno y helio.

Las radiofuentes celestes

Son galaxias o nebulosas que emiten ondas de radio. Se descubrieronal estudiarse algunos problemas de radiocomunicación.

Para detectarlasse utilizan radiotelescopios:

...