¿Qué es el Universo?

El universo observable

Universo Budassi - Todo el universo conocido en una única visión.

El universo abarca todo lo que existe, incluyendo el pasado, el presente y el futuro. Está compuesto por la inmensidad del espacio, lleno de incontables galaxias, que a su vez están formadas por estrellas, gases y polvo, y están permeadas por luz y otras formas de radiación. Al observar la oscuridad del cielo nocturno, estamos, de hecho, sondeando las profundidades insondables del universo. Aunque las estrellas que vemos están a trillones de kilómetros de distancia, son relativamente cercanas en términos cósmicos, dada la inimaginable vastedad del universo. La Figura siguiente, conocida como Universo Budassi, presenta una concepción en escala logarítmica del universo observable, con el Sistema Solar en el centro. Alrededor del Sistema Solar se encuentran los planetas internos y externos, el cinturón de Kuiper, la nube de Oort, la estrella Alfa Centauri, el brazo de Perseo, la Vía Láctea, la galaxia de Andrómeda, otras galaxias cercanas, la telaraña cósmica, la radiación cósmica de microondas y el plasma invisible resultante del Big Bang en los confines más distantes. Los seres humanos han estado fascinados por el cielo estrellado desde tiempos antiguos, estudiándolo sistemáticamente durante al menos 5,000 años. A pesar de que la astronomía es posiblemente la ciencia más antigua, ha evolucionado continuamente a lo largo de su historia. Exploremos este vasto y hermoso universo...

LA NAVE ESPACIAL TIERRA: Los astronautas del Apolo 8 fueron las primeras personas en observar nuestro planeta como un cuerpo aislado en el vasto universo durante su viaje a la Luna en 1968. Antes de ellos, otros astronautas permanecieron demasiado cerca de la Tierra para poder ver el planeta entero. La Figura abajo presenta una imagen de nuestro planeta, retratado como la nave espacial Tierra, un deslumbrante mundo azul salpicado de nubes, que es el único lugar conocido que alberga vida. Esta visión es de profunda importancia para nosotros, los habitantes de la Tierra, aunque es completamente insignificante en escala universal. Aquí comienza nuestra aventura cósmica, que nos incita a reflexionar sobre nuestras orígenes, la naturaleza de la vida que cobra conciencia y se pregunta: ¿quiénes somos? ¿De dónde venimos? ¿Cuál es nuestro futuro?

ASTRONOMIA ANTIGUA: La astronomía es la más antigua de las ciencias naturales, que data de la antigüedad, con sus orígenes en las creencias y prácticas religiosas, mitológicas, cosmológicas, calendáricas y astrológicas de la prehistoria. En diversas culturas, los datos astronómicos se utilizaban para pronósticos astrológicos. Los astrónomos de la antigüedad lograron distinguir entre estrellas y planetas, observando que las estrellas permanecen relativamente fijas a lo largo de los siglos, mientras que los planetas se mueven de manera significativa en periodos de tiempo comparativamente cortos. Los antiguos británicos, por ejemplo, estaban familiarizados con los movimientos regulares del Sol, la Luna y las estrellas, y alrededor del 2600 a.C., completaron Stonehenge. Este monumento consiste en círculos de enormes megalitos y piedras verticales más pequeñas, con alineaciones que marcaban posiciones críticas del Sol y la Luna durante el año. Otros monumentos antiguos alrededor del mundo, como en China, India, Egipto y Mesoamérica, también poseen alineaciones astronómicas. Grandes edificios-observatorios fueron construidos para estudiar los cielos y su posible influencia sobre los asuntos terrestres. La Figura muestra la arquitectura de Stonehenge y la pirámide de Chichen Itzá, que, además de servir como observatorios astronómicos, también se utilizaban como lugares de culto.

Una vista superior de la Nave Tierra, observatorios astronómicos antiguos (Stonehenge y Chichen Itzá) y Johannes Kepler con sus leyes del movimiento planetario representan algunos de los hitos más importantes en nuestra comprensión del cosmos.

EL UNIVERSO PTOLEMAICO: El último de los grandes astrónomos clásicos, un griego alejandrino llamado Ptolomeo, consolidó el antiguo concepto del universo alrededor del año 150 d.C. El universo ptolemaico colocaba a la Tierra en el centro, con el Sol, la Luna y los planetas orbitando a su alrededor, dentro de una esfera de estrellas fijas. Este modelo celestial ofrecía una explicación simple para las posiciones y movimientos de los cuerpos celestes, aunque estaba fundamentalmente equivocado. Durante más de 1500 años, esta visión fue ampliamente aceptada, influenciada principalmente por el poder de la Iglesia Cristiana, hasta que fue desafiada durante la Revolución Copernicana.

EL MUNDO EN MOVIMIENTO: En 1543, la astronomía fue revolucionada por Nicolás Copérnico, quien propuso la idea de un universo centrado en el Sol, retomando una noción que el astrónomo griego Aristarco había sugerido en 230 a.C. En el modelo copernicano, la Tierra y los demás planetas orbitan alrededor del Sol en trayectorias circulares. Sin embargo, los astrónomos tuvieron dificultades para alinear los movimientos observados de los planetas con esta teoría. Fue entonces cuando el alemán Johannes Kepler descubrió que los planetas orbitan el Sol no en círculos, sino en elipses, formulando así la primera de sus leyes del movimiento planetario. Las leyes de Kepler describían con precisión el movimiento de los planetas, y él comparó lo que llamó la "máquina celestial" con un reloj, acercándose a la comprensión de la fuerza subyacente al movimiento de los planetas, que él creía que era magnética y emanaba del Sol. En 1687, Isaac Newton aclaró por qué los planetas orbitan de la forma en que lo hacen, demostrando que la gravedad, y no el magnetismo, es la fuerza fundamental que mantiene unido al universo.

Nubes de gas, estrellas y galáxias. Componentes fundamentales del Universo.

ESTRELLAS Y GALAXIAS: Los primeros astrónomos concebían las estrellas como puntos fijos en el interior de una vasta esfera celeste que rodeaba la Tierra. A finales del siglo XVIII, los astrónomos comenzaron a desvelar la verdadera naturaleza de nuestra galaxia. Al mapear la distribución de las estrellas, William Herschel demostró que nuestra galaxia tenía forma de lente (en realidad, es una espiral con un bulbo central). La existencia de otras galaxias además de la Vía Láctea solo fue confirmada en 1923, cuando Edwin Hubble determinó que la "nebulosa" de Andrómeda estaba situada mucho más allá de nuestro sistema estelar. Hubble también descubrió que las galaxias poseen movimientos propios y que se están alejando de nosotros, revelando así la expansión del universo, un universo tan inmenso que hasta entonces era inimaginable. La Figura arriba ilustra la galaxia de Andrómeda, muy similar a nuestra Vía Láctea, llena de nubes de gas y polvo, además de millones de estrellas y planetas.

TODO ES RELATIVO: A principios del siglo XX, un joven físico alemán llamado Albert Einstein revolucionó nuestra comprensión del espacio y del universo. Presentó sus teorías de la relatividad: la teoría especial en 1905 y la teoría general diez años después. Una de las ideas centrales de estas teorías es que nada puede moverse más rápido que la velocidad de la luz y que la energía y la masa son equivalentes, pudiendo ser convertidas una en la otra. Además, Einstein propuso que el espacio tridimensional y el tiempo no son entidades separadas, sino interrelacionadas, formando lo que llamamos el espacio-tiempo. Hoy en día, la teoría del Big Bang, nuestra mejor explicación para el origen del Universo, se basa en la relatividad general de Einstein, que es una teoría de la gravedad. Hasta ahora, esta teoría ha explicado con éxito la mayoría de los fenómenos astrofísicos en los que es aplicable. La Figura abajo ilustra detalladamente la jornada de Einstein para desarrollar la Relatividad General, incluyendo sus ecuaciones y las consecuencias científicas que se derivaron de ellas.

Albert Einstein en el centenario de la resolución del rompecabezas de la gravedad utilizando su relatividad general.