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IPC CUADERNILLO UBA CATEDRA MIGUEL
Tipo: Resúmenes
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Unidad 1: Las cosmologías Contenido Cosmologías antiguas……………………………………………………………………………………….. 2 Geocentrismo………………………………………………………………………………………………. 2 Modelo geocéntrico…………………………………………………………………………………. 3 La retrogradación de los planetas……………………………………………………………. 4 El modelo de Ptolomeo……………………………………………………………………………. Heliocentrismo……………………………………………………………………………………………… 8 La contribución de Copérnico………………………………………………………………….. 8 La contribución de Galileo……………………………………………………………………… 10 La contribución de Kepler………………………………………………………………………. 14 Universo newtoniano……………………………………………………………………………..1 5 Cosmologías actuales………………………………………………………………………………………..1 7 Teoría del Big Bang………………………………………………………………………………………. 17 La radiación de fondo cósmico………………………………………………………………..1 9 Efecto Doppler y la “observación” del alejamiento de las galaxias…………..1 9 El Universo estacionario……………………………………………………………………………… 20 Geocentrismo Las estrellas fijas y los planetas Desde tiempos muy remotos hombres y mujeres fijaron su atención en el cielo. Observaciones tales como la diversidad de estrellas que se observa en una noche sin luna incita la curiosidad de los hombres desde aquellas épocas. Surgieron entonces diferentes cosmologías que contaban cómo los dioses o la naturaleza misma habían obrado para brindarnos tan espectacular panorama. Hay que tener en cuenta que llevaban a cabo sus observaciones a simple vista, y que si bien contaban con un cielo sin contaminación atmosférica ni lumínica, no se había inventado todavía el telescopio. Movimiento aparente del Cielo. Foto por Joshua Bury, observatorio.info
errante ), ya que parecían atrasarse o adelantarse respecto del giro de las estrellas. Según esta definición, los planetas eran el Sol, la Luna, Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno. Los demás planetas que conocemos hoy no estaban en la lista, porque recién fue posible observarlos con la ayuda de los telescopios casi dos mil años después. El universo de Aristóteles estaba lleno de materia, no existía el vacío y los cielos estaban divididos de modo que la esfera de la Luna y las más externas eran la zona supralunar , en donde reinaba la perfección y no había cambios; más aquí de la Luna, en la zona sublunar , las cosas eran imperfectas y todo estaba sometido a diferentes cambios y movimientos. (Ver La antigua física.) Según este modelo, como cada cuerpo celeste da vueltas alrededor nuestro siempre al mismo ritmo y atrasándose siempre una misma cantidad respecto del giro de las estrellas fijas, nunca podría observarse que el planeta empezara a recuperar camino como si girara más rápido que las estrellas fijas que lo arrastran, no podía haber cambios. Pues bien, el planeta Marte (y otros también) mostraba este comportamiento (la retrogradación de los planetas) y el modelo de Aristóteles tuvo que enfrentar esas observaciones (anomalías de la teoría). La retrogradación de los planetas De acuerdo con el geocentrismo, las estrellas fijas (las que formaban constelaciones) giraban en torno a la Tierra que estaba ubicada en el centro del universo. La esfera de estas estrellas fijas arrastraba al resto de las esferas concéntricas interiores. En cada una de estas esferas estaba "empotrado" uno de los planetas (según esta cosmovisión: Luna, Mercurio, Venus, Sol, Marte, Júpiter y Saturno). Dado que cada esfera era arrastrada por las esferas exteriores en un movimiento eterno de velocidad angular constante, no podía haber cambios en esos movimientos. Según este modelo defendido por Aristóteles, entre otros, los astros errantes (planetas) debían moverse de este a oeste como el resto de las estrellas, pero no al mismo ritmo. Así, cada planeta se vería noche a noche un poco más atrasado respecto de las constelaciones de fondo. Si utilizáramos la constelación de Orión (donde se
Cuando la ocurrencia de ciertos hechos o fenómenos descriptos mediante una teoría no tiene lugar como la teoría lo predice, entonces se dice que esos hechos, esos datos, constituyen una anomalía para la teoría. Frente a la ocurrencia de una anomalía, los científicos pueden: Abandonar su teoría Defenderla mediante la elaboración de una hipótesis ad hoc.
encuentran Las Tres Marías) para registrar el movimiento de los planetas, podríamos tomar nota de en qué lugar del cielo se encuentra el planeta Marte, por ejemplo, en cada noche del mes y del año. A medida que pasan las noches, observando siempre a la misma hora y desde un mismo lugar (por ejemplo cuando las Tres Marías se encuentran justo encima del Partenón y nosotros ubicados con nuestra silla todas las noches en el mismo lugar) encontraríamos que el planeta se ubica en las posiciones 1, 2, 3, ... sucesivamente. Sin embargo se conocía el problema de la retrogradación de los planetas. Si el modelo estaba en lo correcto, los planetas se atrasarían una y otra noche para finalmente reaparecer por delante de las constelaciones de las que se estaban alejando. Del mismo modo que en una carrera los autos más rezagados son sobrepasados por los más rápidos que les "ganan una vuelta", así los planteas se atrasarían paulatinamente de modo que las constelaciones de las que se alejaban, tarde o temprano los alcanzarían. Los planetas de cuando en cuando tenían un movimiento que los hacía adelantarse respecto de su retraso habitual. Todo parecía indicar que durante cierto lapso recorrían el cielo más rápidamente que las estrellas fijas que los estaban arrastrando. Esto planteaba una observación anómala para el modelo según el cual cada planeta está empotrado en una esfera que realiza movimientos circulares siempre con la misma velocidad. Durante varias noches el plantea retrogradaba de modo que se adelantaba para finalmente retomar su velocidad de retraso habitual. Otro detalle que se sumaba al complejo problema era que durante la retrogradación los planetas se apreciaban con mayor brillo, lo cual indicaba que lo hacían a una menor distancia de la Tierra. Otra concepción de Aristóteles es la de espacio finito: si la materia es finita el espacio en el que se encuentra también lo es, en consecuencia el Universo es finito. Fuera de los cielos no puede haber ‘ni lugar, ni tiempo, ni vacío’.
Solamente teníamos que aprender cómo mirar las estrellas para saber en qué parte de nuestro mundo nos hallábamos y en qué época del año. CLAUDIO PTOLOMEO (100- 178 aproximadamente) fue un gran matemático, astrólogo y astrónomo de Alejandría, Egipto. De él se conocen libros de geometría, de fenómenos ópticos y de música. En varios volúmenes desarrolla una Guía Geográfica en donde indica cómo se hacen mapas y da una lista de lugares de Europa, Asia y África con su latitud y longitud. También nos dejó un catálogo de más de mil estrellas con datos de su ubicación en el cielo.
Heliocentrismo El Sol y la Luna La Luna era el cuerpo celeste que mejor obedecía al modelo geocéntrico de Aristóteles luego corregido por Ptolomeo. Hoy diríamos que era el único cuerpo celeste que realmente giraba alrededor nuestro. El movimiento del Sol no se ajustaba bien al modelo geocentrista de Aristóteles. A finales del siglo XV y primera mitad del XVI, en época del Renacimiento, el problema de entender los movimientos del cielo se había tornado indispensable. Los cálculos con la teoría de Ptolomeo eran cada vez más complicados y siempre inexactos en sus predicciones. Por otra parte, con la llegada de Colón a América y el comercio que se realizaba a través de los océanos, la navegación cobró gran importancia. Por eso se hizo indispensable la confección de tablas más precisas con la información anticipada de cómo se encontrarían los astros en cada día (noche) del año para la ubicación de los barcos. Por otra parte, la astrología (el estudio de los astros en relación con la influencia sobre las personas) regía la vida de gobernantes y gobernados según las creencias de aquella época (y que persiste en muchas personas de nuestro tiempo). Los astrólogos realizaban sus pronósticos sobre la base de las posiciones de los distintos astros y así indicaban si sería un buen momento para los negocios, la exploración o el amor. Por lo tanto, era de vital importancia encontrar una manera de conocer mejor los movimientos de los astros. En 1530 Nicolás Copérnico lanzó una idea revolucionaria: en el centro del universo estaba el Sol y no la Tierra. El Sol estaba quieto y a su alrededor giraban todos los demás cuerpos conocidos. La Tierra, además de este movimiento de traslación alrededor del Sol, giraba sobre sí misma y debido a este último movimiento se explicaban el día y la noche y el movimiento de los astros que parecían girar alrededor nuestro. La Tierra había sido destituida del centro del universo. La especie humana, aunque importante, ya no habitaba en el centro sino que giraba con su mundo alrededor de un cuerpo luminoso e incandescente. La contribución de Copérnico De acuerdo con la propuesta de Copérnico, la Tierra y los demás planetas giraban alrededor del Sol en órbitas circulares, mientras que la Luna giraba alrededor de la Tierra acompañándola en su órbita alrededor del Sol. La noción de planeta había cambiado: el Sol y la Luna ya no eran llamados “planetas” y en cambio la Tierra sí lo era.
heliocentrista habría perdido la batalla contra el geocentrista, mientras que de hecho fue la semilla de un nuevo pensamiento que, aceptado recién un siglo y medio después, produjo un cambio revolucionario en la ciencia. La contribución de Galileo El nacimiento de una nueva física El modelo copernicano había desafiado a la astronomía aristotélica. Se podía mostrar que los movimientos de los astros podían explicarse (aunque no sin gran desajuste con los datos) si se suponía que la Tierra realizaba un movimiento de giro sobre su eje y a su vez una traslación alrededor del Sol. Pero el modelo copernicano nada decía de los movimientos que realizaban los cuerpos aquí en la Tierra. Si las piedras caían porque, según el modelo aristotélico, su lugar natural es el centro del universo, entonces ¿por qué caen hacia el centro de la Tierra si ésta ya no es el centro del universo? Si Copérnico tenía razón, entonces los objetos deben caer por otro motivo. Galileo se dedicó, entre otras cosas, al estudio de la caída de los cuerpos. No llegó a darnos un motivo por el cual caen los cuerpos, como lo hizo Newton años más tarde, pero nos dejó una nueva manera de estudiar la naturaleza. Galileo observó la naturaleza esperando encontrar regularidades, leyes de la naturaleza. La observación y la recolección de datos tenían un papel importante en la obtención de la forma matemática de esas leyes. Los razonamientos y los experimentos mentales (imaginados), en cambio, le servían de guía para proponer las distintas relaciones entre fenómenos. De su estudio de la caída de los cuerpos Galileo concluyó que, cuando el rozamiento con el aire es despreciable, todos los cuerpos caen con la misma aceleración (en un mismo lugar de la Tierra). Para alcanzar esta conclusión Galileo se nutrió, como dijimos, de dos vertientes diferentes. Por un lado, acumuló una gran cantidad de datos midiendo el tiempo de caída de diferentes cuerpos desde una misma altura. Por otra parte, pensó que si un cuerpo más pesado caía más rápidamente, entonces, al atar dos ladrillos iguales, el conjunto caería más rápidamente que cada una de sus dos mitades, y esto le pareció absurdo. Ley de caída libre Galileo descubrió que el espacio recorrido por un cuerpo en caída libre ( s ) a medida que transcurre el tiempo ( t ) obedece a la ley cuadrática: s = k. t^2 y la velocidad del cuerpo en la caída se incrementa en la misma cantidad en cada segundo de caída, de modo que la velocidad v y el tiempo de caída t cumplen con la ley lineal: v = a t La constante de proporcionalidad k y la aceleración a no dependen del cuerpo. El argumento de la torre
No obstante los avances que pudo realizar con su descubrimiento de la ley de caída libre, Galileo tendría que enfrentar las objeciones de los defensores del geocentrismo. Su descripción de la caída libre parecía oponerse al modelo heliocéntrico. Si la Tierra se mueve según el modelo copernicano al que adhería Galileo, ¿cómo es que una piedra que se suelta desde lo alto de una torre cae al pie de ella y no desplazada? Si la torre se mueve junto con la Tierra mientras la piedra cae, entonces la piedra deberá caer a cierta distancia hacia atrás de la base de la torre. Galileo propuso que la piedra, por haber estado sostenida en lo alto de la torre, había adquirido el movimiento de la torre, y que la caída no afectaría tal movimiento. Así la piedra tendría una inercia que, según Galileo, consiste en que un cuerpo conserva el tipo de movimiento que tenía previamente. Con esto Galileo intentaba compatibilizar el movimiento de una piedra con el de todo el planeta Tierra. Observaciones de Galileo Por otra parte, Galileo se dedicó al estudio del cielo con la ayuda de un telescopio que modificó él mismo para mejorarlo. Con ayuda del telescopio, Galileo descubrió que Venus tenía fases como la Luna, que la Luna tenía montañas y valles, que Júpiter tenía lunas, que había más estrellas que las que se podían ver a simple vista y que Saturno tenía unas salientes (como orejas) que cambian con el tiempo (aunque no pudo determinar que eran anillos). Incluso llegó a descubrir y dibujar las manchas solares. Cada uno de estos descubrimientos estaba en contra del modelo aristotélico. (Lectura: Galileo observa Neptuno.) Galileo observa las lunas de Júpiter Galileo había observado con su telescopio "astros vagabundos" que giraban alrededor de Júpiter, así como los valles y montañas de la luna y multitud de estrellas que no se observaban a simple vista. Todas estas observaciones fueron publicadas en 1610 bajo el nombre Siderus nuncius ( en latín-que era la lengua que se utilizaba para publicaciones científicas en ese entonces- "mensaje de los astros") Figura a) Se suelta la piedra desde la torre. Figura b) Si la torre se mueve con la Tierra, la piedra debe caer atrasada, según la antigua física.
Pero una segunda estrategia fue la de generar una hipótesis ad hoc bastante divertida. La estrategia era aceptar que la Luna tenía cráteres y montañas pero estaba rodeada de una capa imperceptible que la rodeaba, y esta capa imperceptible era perfectamente esférica y sin rugosidades. Se cuenta que Galileo respondió que efectivamente la Luna tenía una capa imperceptible que la rodeaba, pero que esa capa copiaba los cráteres y las montañas. De este modo el recurso a la hipótesis ad hoc se torna totalmente inútil ya que no es posible poner a prueba ninguna afirmación acerca de una capa que es "imperceptible". Galileo y la certeza física El universo aristotélico se dividía en dos regiones, la sublunar y la supralunar. Estas regiones se comportaban de modo diferente, por eso las ciencias que versaban sobre ellas diferían entre sí, a cada región le correspondía una ciencia distinta. En el mundo sublunar, donde reinaba el cambio, la irregularidad y la contingencia, era abordado por la física (filosofía natural) mediante una descripción cualitiativa, en la que el comportamiento de los elementos constitutivos de la naturaleza obedecía a su definición esencial (dada tal materia, tal será su movimiento - simulaciones de física aristotélica) El acceso a la comprensión del mundo sublunar no podía ser matemático, porque es un mundo de irregularidades y la matemática es la ciencia que versa sobre lo siempre igual, por ello ésta estaba reservada al estudio de los cielos, pues en la región supralunar regían los movimientos perfectos e inmutables. Galileo pensaba que no existían dos formas de conocimiento distintos de la naturaleza, sino uno, universal. Pero para que esta idea pudiese ser vislumbrada y profundizada se tuvieron que operar grandes rupturas con la tradición anterior. Lo que estaba en juego era la cuestión sobre cuáles eran los modos legítimos para escrutar la naturaleza, cómo se puede obtener un conocimiento fiable, certero. Hay toda una serie de distinciones aristotélicas que se pusieron en cuestión y que fueron paulatinamente derribadas para ir constituyendo una nueva concepción de la naturaleza y la forma de conocerla. Según Aristóteles hay en la naturaleza una suerte de animismo, los cuerpos se comportan teleológicamente. Cada cuerpo se mueve naturalmente para realizar su esencia, su finalidad, para alcanzar su lugar natural. Aristóteles distinguía lo natural de lo artificial. Mientras que lo natural contiene en sí su propia finalidad, lo artificial (artefacto) recibe de un artífice externo, la intencionalidad del artesano. Es decir, difieren enormemente respecto de su causa: no es lo mismo a qué se debe el ser una manzana (producido por la naturaleza) que a qué se debe el ser una rueda (fabricado por los hombres). De esta distinción se sigue la negación de la legitimidad de indagar el orden natural con medios artificiales. Esta concepción cambia radicalmente en la modernidad. Francis Bacon sostuvo “Lo artificial no difiere de lo natural por su forma o esencia ni importa, con tal que las cosas estén dispuestas para producir un efecto” y Pierre Gassendi (1596-1650) escribió que “no hay diferencia entre las máquinas que construyen los artesanos y los cuerpos diversos que la naturaleza compone”. HIPÓTESIS AD HOC Son afirmaciones que se introducen a una teoría o se agregan a una hipótesis seriamente amenazada por datos adversos. Dicho de otra forma, son hipótesis que se postulan para salvar la hipótesis principal o la teoría de una refutación, es decir, cuando aparece una anomalía. La expresión “ad-hoc” significa “para esto”, para un determinado propósito u objetivo.
Que experiencias montadas artificialmente (experimentos) y artefactos (p.e. telescopio) sirvan para escrutar la naturaleza iba a contrapelo de la distinción aristotélica entre artefacto y naturaleza. Si Copérnico había propuesto un modelo astronómico heliocéntrico basado en el cálculo matemático Galileo ofreció además una apoyatura empírica. Operó una suerte de síntesis entre filosofía natural y matemática, Galileo sostuvo que además de la certeza matemática se contaba también con la certeza sensible. Al orden natural se accedía por la experiencia y por las demostraciones. Él se autodefinía como “filosofo matemático”. Galileo tenía una concepción realista de la ciencia. Para él, el mundo debía interpretarse matemáticamente porque su estructura era matemática (esencialismo matemático). Ver Galileo y el libro de la Naturaleza. La contribución de Kepler Los movimientos planetarios y las “leyes de Kepler” La descripción precisa de los movimientos planetarios se hacía cada vez más necesaria y con el modelo de Copérnico de las órbitas circulares no se podían ajustar los cálculos con las observaciones. Pero ¿qué otro tipo de movimiento que no fuera circular podían realizar los planetas si, de acuerdo a las creencias de la física aristotélica, los movimientos naturales que realizaban los astros eran círculos alrededor del centro del universo? A comienzos de 1600 el astrónomo danés Tycho Brahe había acumulado gran cantidad de datos astronómicos. Su ayudante, Johannes Kepler, enfrentaría el problema de encontrar las órbitas planetarias del sistema solar. Propondría unas pocas y simples leyes a las que los astros parecían obedecer. Kepler estaba convencido del modelo copernicano y probó durante años combinaciones de movimientos circulares alrededor del Sol para los planetas y encontró que los datos astronómicos refutaban cada una de sus órbitas propuestas, hasta que probó con una órbita elíptica. La hipótesis de movimiento elíptico alrededor del Sol era confirmada por la gran cantidad de observaciones. Propuso entonces su primera conjetura (creyendo haber encontrado una ley de la naturaleza):
una velocidad inicial suficientemente alta, el proyectil en su caída iría siguiendo la línea de la superficie esférica terrestre y por lo tanto jamás tocaría el suelo. En este caso diríamos que el proyectil se ha transformado en un satélite de la Tierra. La Luna es el satélite natural de la Tierra y, debido a la gran altura sobre la superficie y a la velocidad que lleva, realiza un movimiento de caída hacia el centro de la Tierra en el que jamás tocará el suelo. En eso consiste su movimiento orbital. NOTA: Newton en su vejez contó a un amigo que se inspiró en la caída de una manzana para proponer su ley de atracción gravitatoria aunque no sabemos si realmente ocurrió el episodio de la manzana. El primer paso estaba dado hacia la unificación de los movimientos en el cielo y los movimientos en la Tierra. El siguiente paso sería descubrir qué es lo que hace que los cuerpos caigan, que los planetas orbiten al Sol y que las lunas giren en torno a sus planetas. Por la misma inercia propuesta por Galileo, Newton entendía que si un cuerpo viaja en una dirección, será necesario ejercer una fuerza para que cambie de dirección, para que doble. Encontró que si a un cuerpo que se mueve con cierta velocidad se le aplica una fuerza constante hacia un punto fuera de su trayectoria, su movimiento cumpliría con la segunda ley de Kepler (ley de las áreas). A partir de la tercera ley de Kepler dedujo que la atracción del Sol sobre los planetas debía ser una fuerza que decayera en proporción al cuadrado de la distancia. Es decir que al doble (2) de distancia, la atracción sería la cuarta parte (1/4). Cálculo infinitesimal Finalmente desarrolló una nueva rama del cálculo matemático para poder encontrar las órbitas que seguirían los planetas si fueran atraídas por una fuerza de estas características. Comprobó que las órbitas que siguen los cuerpos cuando son atraídos por este tipo de fuerzas son elipses. Entonces Newton tuvo entre sus manos todo lo necesario para dar al mundo una nueva teoría del movimiento, y así lo hizo. Existe una fuerza de atracción mutua entre todos los cuerpos que llamamos fuerza de atracción universal. La intensidad de esa fuerza es tanto mayor cuanto más masivos sean los cuerpos y cuanto más cerca se encuentren. Con este descubrimiento y sus leyes del movimiento Newton fue capaz de hacer realidad el sueño de Copérnico, Galileo y Kepler. Las fuerzas gravitatorias rigen la caída de los cuerpos, el movimiento de la Luna alrededor de la Tierra, el movimiento de ésta y los demás planetas alrededor del Sol, y el mismo movimiento del Sol entre las estrellas. Una revolución en el pensamiento científico había culminado. Las caídas de las piedras ya no eran indicio de que el lugar natural de esas piedras era el centro del universo; ahora esas mismas caídas se tomaban como indicio de que existía una atracción gravitatoria que las estaba tironeando hacia el centro del planeta. Los astros ya no giraban en torno al centro del universo sino que seguían las órbitas que correspondían según su velocidad y la fuerza con la que eran atraídos gravitatoriamente por el Sol. Las mismas leyes de la naturaleza reinaban en los cielos y en la Tierra.
Cosmologías actuales Teoría del Big Bang Las ideas cosmológicas actuales siguen reproduciendo la polémica acerca de si el universo existió siempre o si tuvo un comienzo. Una minoría de astrónomos adhiere a idea de que el universo es eterno y, en algún sentido, invariable, ideas que están plasmadas en la teoría del Universo Estacionario. En cambio la mayoría de los científicos se inclinan por la idea de que el Universo tuvo un comienzo en un instante dado. Se trata de la teoría del big bang. Este comienzo ya no se liga con ninguna idea a favor ni en contra de cualquier tradición de un ser creador. La teoría no se expide sobre tal tema. La teoría del big bang (Gran Explosión) sostiene que el Universo debe haber comenzado, y con él el tiempo y el espacio, hace alrededor de 15.000 millones de años sin agregar ninguna hipótesis sobre la existencia de un creador. La teoría del "big bang" Pero, ¿a partir de cuáles observaciones los científicos optaron por una idea tan particular como la de que el Universo se creó "explotando" en aquel instante? En 1929, el investigador Edwin Hubble
(1642-1727) nació en Woolsthorpe, cerca de Grantham, Inglaterra, el mismo año en que muere Galileo. Al llegar al Trinity College de la Universidad de Cambridge en 1661, se enteró de la revolución científica que se estaba produciendo debido a los trabajos de Copérnico, Kepler, Galileo y Descartes. Dirigiendo su atención a la Filosofía Natural, se interesó en las ideas de los atomistas, que sostenían que toda la materia estaba constituida por partículas indivisibles (átomo: no divisible). Esa misma idea lo llevó a sostener erróneamente que la luz estaba hecha de corpúsculos que viajaban a gran velocidad en línea recta. En los años 1665 - 66 Newton, en su ciudad natal, continuó sus estudios sobre la luz, la gravedad y el movimiento de los cuerpos. Desarrolló una nueva rama de la matemática (el cálculo infinitesimal) coincidentemente con Leibniz, lo que provocó entre ambos una intensa polémica sobre la creación del cálculo. Descubrió que la luz solar está compuesta de varios colores. Calculó las masas de los planetas conocidos. Inventó el telescopio por reflexión (con espejos esféricos). Enseñó geometría, óptica, estadística en la Universidad de Cambridge. En 1687 publicó sus Principios matemáticos de la filosofía natural, en la que presenta su teoría gravitatoria junto con las leyes de movimiento de los cuerpos. Fue contemporáneo de Halley (descubridor del cometa), Huygens (que defendía la naturaleza ondulatoria de la luz) y Hooke (quien había propuesto la atracción gravitatoria pero no había logrado la fórmula correcta para obtener las órbitas). Fue el primer científico honrado con un funeral en la Abadía de Westminster. A partir de su teoría fue posible explicar el movimiento de los cuerpos, el sistema planetario, las mareas oceánicas, la formación de las estrellas y todo fenómeno mecánico de la naturaleza. Hasta principios de 1900, en que algunas observaciones de fenómenos luminosos parecían estar en contra, la teoría de Newton describía completamente el Universo mecánico.
La radiación de fondo cósmico El haber observado el alejamiento de las galaxias como lo describimos anteriormente dio pie a la conjetura de un universo en expansión. Pero el hecho de que supusiéramos una gran explosión en sus comienzos no había sido corroborado por ninguna otra observación independiente de tal alejamiento. En 1964, los radioastrónomos Arno Penzias y Robert Wilson detectaron (sin buscarlo) una radiación cuya intensidad y frecuencia no tenía variación respecto de la zona del espacio que escudriñaran. Esta radiación de fondo fue interpretada rápidamente como la radiación remanente de aquella supuesta explosión y se la conoce con el nombre de "radiación de fondo cósmico". Ahora una nueva evidencia fortalecía la hipótesis del Big Bang. El Universo había continuado su expansión y con ello la temperatura seguía bajando. Era de esperar que el Universo tuviera una radiación típica de la temperatura a la que había llegado en esta época y esa era la radiación de fondo. Así como una brasa ardiente irradia calor, el Universo ya bastante enfriado irradia en la frecuencia que Penzias y Wilson detectaron. El Universo irradia en una frecuencia típica de los cuerpos que se encuentran a 270 grados centígrados bajo cero. Esto solo quiere decir que así como el Sol irradia en frecuencias que nos indican temperaturas de miles de grados, el Universo contiene radiación en frecuencias e intensidades tales que corresponderían a esas temperaturas tan bajas. Cuando se propuso la idea de que toda la energía estaba concentrada en un punto en el momento de la explosión y que el espacio comenzó a expandirse de forma homogénea, apareció uno de los obstáculos para la teoría del Big Bang. ¿Cómo podría el espacio expandirse de forma homogénea y a su vez dar como resultado que en algunas zonas hubiera galaxias y en otras no? Debía haber alguna inhomogeneidad desde el comienzo. Pero la radiación del fondo cósmico parecía ser estrictamente constante no importando a que zona del espacio apuntáramos los radiotelescopios. Con la intención de investigar en forma más detallada esta radiación, se creó un satélite especialmente diseñado para analizar tales frecuencias. En marzo de 1992, el COBE ( Cosmic Background Explorer : Explorador del fondo cósmico) registro y envió a Tierra numerosas informaciones y datos de microondas que confirman la idea de que hubo pequeñas inhomogeneidades desde tiempos remotos y que estas diferencias mínimas pudieron dar lugar a que hubiera zonas con materia y zonas sin materia. Este descubrimiento resolvió una de las dificultades que había enfrentado la teoría, y al hacerlo dio un nuevo impulso a la misma. Efecto Doppler y la "observación" del alejamiento de las galaxias Pero ¿qué nos hace pensar que las galaxias se alejan? Su aspecto en el telescopio no cambia de modo que necesitamos otra modo de determinar si se mueve en la dirección de la observación. Cuando una fuente de sonido se acerca al observador, éste percibe un sonido levemente más agudo que el que percibiría si la fuente estuviera en reposo. Si en cambio la fuente de sonido se aleja de él,
el efecto será que el sonido parece más grave. Este efecto nos es familiar ya que lo hemos notado en distintas ocasiones pero sin describirlo detalladamente. Son ejemplos de este efecto del sonido la variación (en frecuencia) en el sonido del motor de un auto de carrera cuando pasa frente a nosotros (o frente a la cámara de TV); el sonido del silbato del tren que parece más agudo cuando viene que cuando se va; el sonido de los aviones que se acercan y luego de pasar cerca nuestro se alejan y el sonido de las sirenas de las ambulancias. Este "efecto Doppler" se podría resumir en que el sonido parece más agudo si la fuente emisora se acerca y más grave, si se aleja. Pero más agudo o más grave respecto del sonido de la fuente emisora en reposo. Podríamos decir que el sonido presenta un `corrimiento' de frecuencias: hacia el agudo en el primer caso o hacia el grave en el segundo. Cuando se analiza la luz que proviene de las galaxias lejanas se encuentra que su frecuencia no coincide con la esperada sino que presenta un corrimiento hacia frecuencias menores. Esto se interpreta, como lo hacíamos en el caso del sonido, como un alejamiento de la fuente de emisión. De allí la sugerencia de Hubble de que las galaxias se alejan unas de otras ya que todas las galaxias lejanas estudiadas presentan este corrimiento hacia frecuencias menores. Tales observaciones no deben interpretarse como si nuestra galaxia estuviera en el centro de la expansión ya que los distintos cálculos de las velocidades junto con la teoría física actual indican que desde cualquier galaxia se observaría que las demás se alejan de ella. De allí la hipótesis de la expansión del universo. Como las frecuencias más bajas del espectro visible corresponden al color rojo, éste efecto que presentan las galaxias lejanas (de que su luz presenta una frecuencia menor que la esperada) se ha llamado "corrimiento al rojo". Podríamos decir que todas las galaxias lejanas investigadas mostraron corrimiento al rojo y que esto indica (nos hace suponer) que se alejan de nosotros. El universo estacionario Son pocos los científicos que se inclinan a favor del modelo de Universo Estacionario. Este modelo describe un universo en expansión continua tal cual la que se infiere a partir del alejamiento de las galaxias, pero con la particularidad de que la densidad de partículas del Universo permanece constante. Esto significa que al expandirse el espacio se deberán crear partículas de modo de mantenerse la cantidad de materia por unidad de volumen (en forma global). Según este modelo, el Universo se expandiría y a la vez se crearía materia de modo que una zona del espacio siempre presentaría el mismo aspecto no importa en que época nos fijáramos. Con ello se puede sostener la idea de que el Universo no fue creado ni que apareció en algún instante. No tiene sentido en este modelo descriptivo preguntarse a partir de cuándo existe el Universo. Este existió siempre y siempre existirá con el mismo
