EL ORIGEN DEL UNIVERSO

LOS PRIMEROS ASTRÓNOMOS

• Se dieron cuenta de que en el cielo está escrito un gran calendario que ayudaba a predecir las estaciones (agricultura, caza) y permitía orientarse en la navegación.

• Los egipcios poseyeron un calendario que les permitía anticipar las crecidas del Nilo y hacer la siembra.

• Los babilonios hace 9000 años, establecen las bases de la astronomía:

• Movimientos luna y Sol

• Sistema sexagesimal (360º)

• Zodiaco y calendario

LOS PRIMEROS ASTRÓNOMOS. LA CULTURA GRIEGA

• La cultura griega estableció los fundamentos físicos y matemáticos de la moderna astronomía

• ARISTÓTELES (384-322 a.C.): Universo geocéntrico, donde la Tierra ocupa el centro y el Sol, la luna los planetas y las estrellas giran a su alrededor.

• ARISTARCO DE SAMOS (310-230 a.C.): Universo heliocéntrico, el Sol ocupa el centro y la Tierra y demás planetas giran a su alrededor.

• ERATÓSTENES (276-194 a.C.): Establece la esfericidad de la Tierra y calcula, con gran precisión su radio y su perímetro.

MODELO GEOCÉNTRICO

LOS PRIMEROS ASTRÓNOMOS. EDAD MEDIA

• PTOLOMEO (100-170 d.C.): Modelo geocéntrico, en su magna obra el almagesto, crea un instrumento matemático que predecía el movimiento aparente de los planetas alrededor de la Tierra. Estos salen por el este y se ponen por el oeste.

• NICOLÁS COPERNICO (1473-1543) en base a sólidos cálculos matemáticos restablece el modelo heliocéntrico. Por miedo sólo los publica poco antes de su muerte.

• KEPLER (1571-1630) descubre que, al contrario de lo que propone Copérnico, las órbitas de los planetas son elípticas.

• GALILEO GALILEI (1564-1642) se reafirma en el modelo heliocéntrico y el método científico como única herramienta válida para la investigación. Fue obligado a abjurar ´públicamente.

• ISAAC NEWTON (1667) Teoría de la gravitación universal, explica la causa de los movimientos de los astros.

MODELO HELIOCÉNTRICO

LA COSMOLOGÍA MODERNA

• La COSMOLOGÍA estudia la estructura, el origen y el desarrollo de la totalidad del Universo, el cosmos.

• La ASTRONOMÍA los diferentes cuerpos (astros) del Universo

• La ASTROFÍSICA es una parte de la astronomía que aplica las leyes de la física para estudiar la naturaleza de los astros y su comportamiento. Estudia la composición, estructura y evolución de los astros.

• Estas ciencias se basan en modelos matemáticos que son ecuaciones que permiten describir sistemas físicos, predecir propiedades, etc.

CONTEXTO HISTÓRICO

1915Albert Einstein: en su teoría general de la relatividad proporciona un modelo matemático de un Universo eterno y estático

1922Alexander Friedmann: Examina las ecuaciones de Einstein y suprimiendo la constante cosmológica propone el modelo de Universo en expansión

1927George Lemaître: físico y sacerdote propone el modelo del átomo primordial que contiene toda la materia y la energía de la cual se forma el Universo

1929Edwin Hubble: demuestra experimentalmente la expansión del Universo.

1948George Gamow: y colaboradores, elaboran el modelo cosmológico del Big Bang

1948Fred Hoyle: y Heman Bondi, proponen el modelo cosmológico del estado estacionario, admiten la expansión, pero conciben un Universo infinito que no tiene un principio definido

MODELOS DEL UNIVERSO

• MODELO DEL UNIVERSO ESTÁTICO E INFINITO: En 1917 Einstein expone su teoría de la relatividad general. Esta teoría proponía un Universo en expansión pero introduce la variable cosmológica para obligar a su modelo a permanecer estático.

• MODELO DEL UNIVERSO DINÁMICO Y FINITO. EL BIG-BANG: 1929 Hubble demuestra que las galaxias se alejan, lo que implica un momento inicial en el que todas estaban juntas: modelo cosmológico del Big-Bang o Gran Explosión (1948 George Gamow).

• MODELO DEL UNIVERSO DINÁMICO E INFINITO. 1948 Hoyle propone un modelo alternativo, modelo cosmológico del estado estacionario. Admite la expansión pero supone un Universo infinito sin principio ni fin.

LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO

• Edwin Hubble en 1924 descubre otras galaxias y en 1929 que estas se alejan unas de otras.

• La ley de Hubble dice que la velocidad de alejamiento es directamente proporcional a su distancia

v = H0 · D

• UNIDADES ASTRONÓMICAS

• 1 a.l. (Año luz) = 9,46 · 1012 km

• 1 u.a. (Unidad astronómica) = 150 · 106 km

• 1 parsec = 3,26 a.l.

EL BIG-BANG: LA GRAN EXPLOSIÓN

• Georges Lemaitre 1927, propone la teoría y George Gamow (1948) la desarrolla:

• En un instante t=0 hace 13.700 m.a. la materia, las 4 fuerzas, la energía, el espacio, el tiempo y el vacío se encontraban bajo la forma de una singularidad: un punto inmaterial infinitamente denso y caliente, el átomo primigenio.

• Al producirse la gran explosión, la energía fue alejándose en todas direcciones y se fue transformando en materia. A la vez que se formó la materia, se originó el espacio y el tiempo.

• Se formaron subpartículas atómicas y posteriormente los primeros átomos más sencillos: hidrógeno y helio.

• A medida que el Universo se expandía, fue descendiendo su temperatura. La materia diseminada se fue condensando surgiendo todas las estructuras astronómicas: nebulosas, galaxias, estrellas, planetas, …

• En las estrellas, a partir de hidrógeno y helio mediante procesos de fusión, fueron apareciendo el resto de los elementos químicos.

LAS 4 FUERZAS O INTERACCIONES

• Fuerza nuclear fuerte: mantiene unidos a los quark que forman a los neutrones y protones y a estos entre sí.

• Fuerza electromagnética: puede ser positiva o negativa, así dos partículas de cargas opuestas se atraen y del mismo signo se repelen. Permite la formación de los átomos con partículas (+ protones) y partículas (- electrones). Tiene que ver con fenómenos como la propagación de la luz, la radio, la TV.

• Fuerza nuclear débil: se manifiesta en los fenómenos radioactivos, es decir provoca la desintegración de partículas y núcleos atómicos.

• Fuerza gravitatoria: Se refiere a la atracción que ejercen las partículas entre sí.

• Antimateria: si la materia está formada por partículas, la antimateria la forman antipartículas así un positrón (antielectrón o electrón positivo) y un antiprotón (protón negativo) podrían formar un átomo de antimateria. El contacto entre ambas supone su aniquilación y la producción de fotones de alta energía.

• El Universo observado actualmente está formado principalmente por partículas, y no antipartículas, y se desconoce por que no se han encontrado grandes estructuras de antimateria en el Universo.

• El coste de producción de antimateria es elevadísimo y sus posibles aplicaciones aún son limitadas debido a la dificultad de su manipulación

• materia oscura a la hipotética materia que no emite suficiente radiación electromagnética para ser detectada con los medios técnicos actuales, pero cuya existencia se puede deducir a partir de los efectos gravitacionales que causa en la materia visible

• No emite ni absorbe radiación electromagnética. Según los científicos la materia oscura constituye el esqueleto conde se engarzan los racimos de galaxias, de materia ordinaria visible, que forman el Universo

• La energía oscura es una forma de materia o energía que estaría presente en todo el espacio, produciendo una presión que tiende a acelerar la expansión del Universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva. Considerar la existencia de la energía oscura es la manera más frecuente de explicar las observaciones recientes de que el Universo parece estar en expansión acelerada.

ESTRUCTURA DEL UNIVERSO

• Los 100.000 millones de galaxias que componen el Universo se reúnen en enjambres denominados cúmulos que a su vez forma supercúmulos y estos se agrupan formando filamentos. Todo esto le da un aspecto esponjoso donde los filamentos forman las paredes de burbujas que contienen materia oscura.