Introducción

La astronomía ha permitido en los últimos años dar pasos agigantados con relación al estudio del Universo. Entre las teorías más aceptadas para el origen de nuestra Vía Láctea tenemos la del Big Bang o de la Gran Explosión, ya que se ubica entre las que concuerdan con varios postulados planteados por Albert Einstein, sin embargo con el pasar del tiempo se han planteado otras teorías en relación con el tema.
Albert Einstein con su Teoría de la Relatividad, permite explicar muchos de los errores o incompatibilidades presentadas por otras teorías. Tal como comenta Carreira (2010) “en 1929 Edwin Hubble tenía medidas imperfectas de las distancias entre galaxias, debido a que no se conocía la existencia de dos tipos distintos de Cefeidas”.
Actualmente, con el conteo de galaxias o por medio de su movimiento en ciertas porciones de nuestro cielo, los astrónomos pretenden estimar la densidad promedio de la materia luminosa del universo y averiguar de una vez por todas; la naturaleza de la materia oscura la cual forma parte de nuestra mayor materia en el universo. También se busca la forma de unificar los diferentes tipos de interacciones presentes en las partículas elementales.
Por otro lado, las teorías actuales presentan otros problemas sin resolver como el de la asimetría de la materia- antimateria. Además, del desconocimiento del valor real de la densidad de nuestro universo, si nuestro universo se extiende o no.
Cabe mencionar que la ciencia requiere de conocimientos previos que son la base para los descubrimientos próximos. Por ello como objetivo de trabajo se pretende Conocer los principales aportes científicos referentes al estudio de nuestro universo y su aplicación en estudios actuales.
En este trabajo se investiga el concepto de Universo y se realiza una descripción acerca del mismo. Además del conocimiento de científicos importantes y que tienen trascendencia en cuanto a sus investigaciones, experiencias y teorías del origen del universo. Entre estos científicos tenemos: Aristóteles, Copérnico, Galileo, Tycho Brahe, Kepler, Newton y Hawking.
A la vez se incluye un apartado en el cual se explica la Teoría del Big bang, la cual ha sido la más aceptada. Y se establece su relación con la Teoría de la Relatividad. Finalmente se da información en la cual se describen ciertas acciones ejercidas por parte de la NASA en cuanto al origen del universo.

El Universo

Concepto de Universo

            El "Universo" (del latín universus), se define como el conjunto de todas las cosas creadas o de todas las cosas que existen. Es todo, sin excepciones. Materia, energía, espacio, tiempo, las leyes y constantes físicas que las gobiernan todo lo que existe forma parte del Universo. Observaciones astronómicas indican que el universo tiene una edad de 13,73 ± 0,12 millardos de años y por lo menos 93.000 millones de años luz de extensión. (Universo básico (s.f.). Extraído el 29/10/11 desde http://www.astromia.com/universo/universo.htm).

Descripción del Universo

a. Tamaño: Se conoce muy poco acerca de su tamaño. Puede tener una longitud de billones de años luz o incluso tener un tamaño infinito. Se cree que es de 78.000 millones de años luz, pero no hay ninguna razón para creer que esto es cierto, ya que hay distintas tesis acerca de su tamaño. Actualmente, el modelo de universo más comúnmente aceptado es el propuesto por Albert Einstein en su Relatividad General, en la que propone un universo "finito pero ilimitado", es decir, que a pesar de tener un volumen medible no tiene límites, de forma análoga a la superficie de una esfera, que es medible pero ilimitada. (Universo (s.f.). Extraído el 29/10/11 desde http://es.wikipedia.org/wiki/Universo#cite_note-10).

Actualmente las galaxias se han usado como lentes para observar otras galaxias. Este es un método del que se dispone actualmente para medir la edad y el tamaño del Universo, así como la rapidez con la que se está expandiendo. La medida permite determinar un valor para la constante de Hubble, la cual indica el tamaño del Universo y confirma su edad de 13,75 mil millones de años más/menos 170 millones de años. Los resultados también permiten conocer la fuerza de la energía oscura responsable de la aceleración con que se expande el Universo. (Díaz, Pedro. Grandes lentes astronómicas miden la edad y el tamaño del Universo (26/04/10). Extraído el 29/10/11 desde http://www.latinquasar.org/index.php?option=com_content&task=view&id=760&Itemid=1)

            Estos resultados han sido realizados por investigadores del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) en el Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory estadounidense, la Stanford University, la University of Bonn así como varias otras instituciones de Alemania y Estados Unidos y ha sido publicado en el ejemplar del 1 de marzo de la revista The Astrophysical Journal. Los investigadores utilizaron la información recogida por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA que reflejan una mejor precisión en combinación con el Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP).  El equipo utilizó una técnica conocida como “lente gravitatoria” para medir las distancias recorridas por la luz hasta nosotros, a través de diferentes caminos procedentes de galaxias activas y brillantes. Tras analizar el tiempo que precisa para viajar por cada una de las rutas y las velocidades reales implicadas, los investigadores pueden establecer no solo la lejanía de la galaxia sino también la escala global del universo y algunos otros detalles de su expansión. En el pasado, este procedimiento para establecer una estimación de las distancias estaba plagado de errores, paro actualmente los físicos creen que resulta comparable a otros métodos de medición. Con esta técnica de lentes gravitatorias los investigadores han logrado establecer un valor más exacto para el valor de la constante de Hubble así como una menor incertidumbre en su valor. Esto se ha traducido en un menor error en los cálculos lográndose una mejor estimación en la estructura de la lente y en el tamaño del Universo. (Díaz, Pedro. Grandes lentes astronómicas miden la edad y el tamaño del Universo (26/04/10). Extraído el 29/10/11 desde http://www.latinquasar.org/index.php?option=com_content&task=view&id=760&Itemid=1)

b. Forma: actualmente muchos cosmólogos creen que el Universo observable está muy cerca de ser espacialmente plano, con arrugas locales donde los objetos masivos distorsionan el espacio-tiempo. Esta opinión fue reforzada por los últimos datos del WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) que es una sonda de la NASA cuya misión es estudiar el cielo y medir las diferencias de temperatura que se observan en la radiación de fondo de microondas, un remanente del Big Bang y fue lanzada por un cohete Delta II el 30 de junio de 2001 desde Cabo Cañaveral, Florida, Estados Unidos. El objetivo de la misión WMAP es comprobar las teorías sobre el origen y evolución del universo.(WMAP (s.f.). Extraído el 29/10/11 desde http://es.wikipedia.org/wiki/WMAP)

c. Color: Un conjunto de astrónomos en el año 2002 realizaron investigaciones para determinar con exactitud el color del Universo y determinaron qye está próximo al beige. El espectro cósmico global, que tiene en cuenta los espectros de emisión de todas las galaxias examinadas, tiene el aspecto de un gráfico. Para hacerlo más atractivo para el gran público, los astrónomos transformaron este gráfico en una sucesión de colores, reemplazando cada longitud de onda por un color que el ojo humano pueda visualizar, y variando la intensidad de este color en proporción a la longitud de onda en el Universo. Este estudio se basó en la medición del rango espectral de la luz proveniente de un gran volumen del Universo, sintetizando la información aportada por un total de más de 200.000 galaxias.(El color del Universo(15/03/02). Extraído el 30/10/11 desde http://www.fisicanet.com.ar/astronomia/cosmos/ar16_color_del_universo.php)

d. Composición: Científicos de la Universidad de Liverpool están construyendo detectores de alta sensibilidad como parte de un proyecto internacional para comprender los elementos que forma el universo. Los detectores serán parte del experimento Conjunto de Seguimiento Gamma Avanzado (AGATA), actualmente con sede en Italia, el cual tiene como objetivo crear una “huella” del interior de los núcleos atómicos para comprender la estructura de toda la materia del universo, incluyendo los seres humanos y las estrellas.
            El experimento ayudará a los científicos a analizar las interacciones de partículas que producen los rayos gamma, los cuales se usan por sus propiedades de penetración en el diagnóstico médico y tratamientos tales como escáneres TEP y radioterapia. La tecnología construida para AGATA también ayudará a mejorar las máquinas de rayos gamma para imagen médica, así como proporcionar la experiencia para desarrollar monitores de radiación portátiles que puedan usarse por los servicios de seguridad para detectar bombas sucias y monitorizar residuos nucleares. (Kanijo. Nuevo experimento podría revelar la composición del universo (07/08/09), Extraído el 30/10/11desdehttp://www.cida.ve/cida_home/index.php?option=com_content&view=article&id=442:nuevo-experimento-podria-revelar-la-composicion-del-universo&catid=110:noticias-de-astronomia&Itemid=67).

            Así que el saber con exactitud la composición del Universo se encuentra en investigación.

Estructuras agregadas del Universo

            El Universo está constituido por galaxias de diversas formas (elípticas, espirales, espiral barrada, irregulares), constelaciones, estrellas, planetas, satélites, asteroides y cometas.

            Las estrellas se organizan en galaxias, las cuales forman cúmulos y supercúmulos que están separados por el inmenso vacío. Hasta 1989, se asumía normalmente que los cúmulos galácticos eran las mayores estructuras en la existencia y que se distribuían más o menos uniformemente a través del Universo en cada dirección. Sin embargo, basados en datos de expediciones de corrimiento al rojo, en 1989 Margaret Geller y John Huchra descubrieron la "Gran Muralla", un conjunto de galaxias a más de 500 millones de años luz de distancia y de 200 millones de años de ancho, pero sólo 15 millones de años luz de profundidad. La existencia de esta estructura escapó de ser advertida durante demasiado tiempo porque requiere la localización de la posición de galaxias en tres dimensiones, que involucra combinar información de localización sobre galaxias con información de distancia del corrimiento al rojo. (Estructura del Universo a gran escala (s.f.). http://es.wikipedia.org/wiki/Estructura_del_Universo_a_gran_escala)

           

Teorías del Universo: personajes trascendentales

a. Aristóteles 

                Filósofo y científico griego, considerado, junto a Platón y Sócrates, como uno de los pensadores más destacados de la antigua filosofía griega y posiblemente el más influyente en el conjunto de toda la filosofía occidental.
                Fue uno de los filósofos y científicos griegos más importantes. Su influencia fue tal que algunas de las teorías que elaboró se mantienen vigentes todavía, dos mil años después de su muerte. En el campo astronómico, adelantó los primeros argumentos sólidos contra la tradicional teoría de la Tierra plana, haciendo notar que las estrellas parecen cambiar su altura en el horizonte según la posición del observador en la Tierra. Este fenómeno puede explicarse partiendo de la premisa que la Tierra es una esfera; pero resulta incomprensible suponiendo que sea plana. Aristóteles notó además que durante los eclipses lunares, cuando la sombra de la Tierra se proyecta sobre la Luna, la línea del cono de sombra es curva. Elaboró también un modelo propio del Universo que se fundamentaba en el sistema geocéntrico. Aristóteles considera que las esferas, constituidas por una sustancia purísima y transparente, rodeaban realmente a la Tierra, En el intento de explicar el origen de los movimientos planetarios, Aristóteles pensó en una "fuerza divina" que transmitía sus movimientos a todas las esferas desde la más externa, o esfera de las estrellas fijas, a la más interna, o esfera de la Luna. Sin embargo esta idea se tradujo en una enorme complicación de todo el sistema, ya que elevó de 33 a 55 el número total de esferas, todas relacionadas entre sí. ( Aristoteles: Filosofía y Tierra redonda (s.f.). Extraído el 5/11/11 desde http://www.astromia.com/biografias/Aristóteles.htm)

b. Copérnico

            Nicolás Copérnico (1473-1543), astrónomo polaco, es conocido por su teoría Heliocéntrica, según la cual el Sol se encontraba en el centro del Universo y la Tierra, que giraba una vez al día sobre su eje, completaba cada año una vuelta alrededor de él.

c. Galileo  

 El físico y astrónomo italiano Galileo Galilei (1564-1642) sostenía que la Tierra giraba alrededor del Sol, lo que contradecía la creencia de que la Tierra era el centro del Universo. Junto con Kepler, comenzó la revolución científica que culminó con la obra de Isaac Newton. Su principal contribución a la astronomía fue el uso del telescopio para la observación y descubrimiento de las manchas solares, valles y montañas lunares, los cuatro satélites mayores de Júpiter y las fases de Venus. En el campo de la física descubrió las leyes que rigen la caída de los cuerpos y el movimiento de los proyectiles. En la historia de la cultura, Galileo se ha convertido en el símbolo de la lucha contra la autoridad y de la libertad en la investigación.

Otros importantes descubrimientos de Galileo son las leyes péndulo y las leyes del movimiento acelerado, que estableció después de trasladarse a enseñar en la Universidad de Padua en 1592.
En 1609 Galileo construyó un telescopio de veinte aumentos, con el que descubrió montañas y cráteres en la Luna. También observó que la Vía Láctea estaba compuesta por estrellas y descubrió los cuatro satélites mayores de Júpiter.
La última obra de Galileo, Consideraciones y demostraciones matemáticas sobre dos ciencias nuevas relacionadas con la mecánica, publicada en Leiden en 1638, revisa y afina sus primeros estudios sobre el movimiento y los principios de la mecánica en general. Este libro abrió el camino que llevó a Newton a formular la ley de la gravitación universal, que armonizó las leyes de Kepler sobre los planetas con las matemáticas y la física de Galileo (Galileo y el telescopio (s.f.). Extraído el 6/11/11 desde http://www.astromia.com/biografias/galileo.htm)

d. Tycho Brahe 

            Fue un astrónomo danés (1546-1601). Tycho Brahe y ha sido considerado como el más grande observador del periodo anterior a la invención del telescopio e innovador en los estudios astronómicos. En 1572 una estrella muy luminosa apareció en la constelación de Casiopea, alcanzando la luminosidad de Júpiter y después se fue apagando lentamente, aunque permaneció visible hasta marzo de 1574. Tycho la observó durante un año y medio, tratando de calcular con sus instrumentos y conocimientos la distancia con el método del paralaje. El astrónomo se dio cuenta que la estrella nova carecía de paralaje, lo que equivalía a admitir que se encontraba a una distancia infinita, o sea que pertenecía a la esfera de las estrellas fijas. Tycho Brahe publicó los resultados de su trabajo, provocando con él una verdadera revolución en el campo de las creencias astronómicas: por primera vez se demostró que las esferas superlunares no eran en absoluto inmutables, contrariamente a la opinión de Aristóteles.
En 1588, el astrónomo desmintió, no con simples disertaciones, sino con pruebas basadas en sus observaciones y medidas, otra teoría que en aquel tiempo era universalmente aceptada: la de la naturaleza atmosférica de los cometas. Siguió con sus instrumentos al cometa aparecido el 13 de noviembre de 1577, midió su paralaje y, por lo tanto, la distancia, y concluyó que se encontraba a aproximadamente 230 radios terrestres, es decir, más allá de la Luna, que está a 60 radios terrestres. Tycho rechazó el sistema copernicano por coherencia con sus observaciones. Él razonó de esta manera: si la Tierra girara a lo largo de una órbita alrededor del Sol, como pensaba Copérnico, el observador debería notar un desplazamiento anual (paralaje) en las posiciones de las estrellas fijas. Como Tycho nunca pudo medir ese desplazamiento, se convenció de que Copérnico estaba en un error. El razonamiento de Tycho era inaceptable: fue la insuficiente precisión de sus instrumentos lo que no le permitió apreciar el pequeño paralaje de las estrellas.
(Tycho Brahe y las medidas de firmament  (s.f.). Extraido el 5/11/11 desde http://www.astromia.com/biografias/brahe.htm)

e. Kepler 

            El astrónomo y matemático alemán Johannes Kepler (1571-1630) había propuesto, poco antes de la época de Newton, una descripción general del movimiento planetario. Formuló tres leyes empíricas a partir de datos de observaciones recopilados en un periodo de 20 años por el astrónomo danés Tycho Brahe (1546-1601). Al morir Brahe el año siguiente Kepler heredó sus datos y en 1609 publicó sus dos primeras leyes, las cuales se aplicaban únicamente a Marte. Y la tercera ley llegó 10 años después.

           Primera Ley señala lo siguiente: Los planetas se mueven en órbitas elípticas, con el Sol en uno de los puntos focales.

           Segunda ley: Una línea del Sol a un planeta barre áreas iguales en lapsos de tiempo iguales.

          Tercera ley: El cuadrado del periodo orbital de un planeta es directamente proporcional al cubo de la distancia promedio entre el planeta y el Sol, es decir, T² α r³.

            Estas leyes son válidas no sólo para los planetas, sino también para cualquier sistema por un cuerpo que gira en torno a otro más masivo,

f. Newton

             Otro de los múltiples logros de Isaac newton fue la formulación de lo que se conoce como la Ley de la gravitación universal. En la cual relaciona de forma sencilla la interacción gravitacional entre dos partículas, o masas puntuales, m1 y m2, así como la distancia r que las separa. Básicamente toda partícula del universo tiene una interacción gravitacional atractiva con todas las demás partículas, a causa de sus masas.

            La atracción o fuerza gravitacional (F) disminuye proporcionalmente al aumento del cuadrado de la distancia (r²) entre dos masas puntuales. Además, la fuerza o atracción gravitacional de un cuerpo depende de la masa de éste: cuanto mayor sea la masa, mayor será la atracción.

F= G m₁m₂ / r²

Donde G= constante de gravitación universal con un valor de

6,67x10^-11N · m²/kg²

Newton logró demostrar que la relación de la atracción de la Luna y la Tierra deduciendo a partir de las leyes del movimiento planetario de Kepler.

El señor Henry Cavendish en 1798 determinó de manera experimental el valor de la constante gravitacional, usó una balanza muy sensible para medir la fuerza gravitacional entre masas esféricas separadas.

g. Hawking 

En el contexto de los planteamientos anteriores primero en 1971, junto a Jim Harttle, luego en 1983 y finalmente en 1988 inserta en su libro “ Breve Historia del Tiempo”, han surgido las tesis del cosmólogo inglés S.W. Hawking , y que no han sufrido modificación hasta 1999 , que abre el camino para explicaciones novedosas a lo sucedido después del nacimiento (o creación?) del Universo, pero cierra la puerta para saber algo acerca del tiempo anterior a éste.

            Debe aclararse que Hawking no es – necesariamente el mejor cosmólogo, pero si el más conocido y peculiarmente representativo, por lo cual, aunque ha producido en realidad poco y tiene solo dos obras de divulgación pero se le toma como un cosmólogo representativo porque empeña en su labor estrictamente mental la fuerza de su intelecto. La divulgación de sus ideas ha sido tan amplia que es fácil seguir sus planteamientos e incluso sus contradicciones teóricas y sus dudas metafísicas ya que la fama le ha expuesto a la crítica periodística ( a veces no disimulada); si bien la crítica de la comunidad científica al menos parece ser más condescendiente(dentro de los parámetros en que puede hacerse esta afirmación)

            Por ejemplo: la máxima cumbre como teórico la alcanza trabajando con el físico inglés Roger Penrose (inicios de los setenta) y al final de esa década y en los inicios de los ochenta con el cosmólogo norteamericano Beckenstein y en ambos casos el tema de los agujeros negros es su énfasis. Posteriormente extrapola sus teorizaciones al tema del inicio del Universo (década de los ochenta), porque homologa los acontecimientos detrás del “horizonte de los eventos” de un agujero negro a lo que sucedió en el Big Bang. También por esas fechas abraza la idea “antrópica” en la que creía su colega Brandon Carter; pero en la que no creía en la década de los sesenta cuando tiene una entrevista con el Papa Pablo VI. De esta época -precisamente- data su interés en el concepto del tiempo, porque postula una aparición del Universo sin tener que abordar el problema del inicio del espacio y del tiempo, lo que le sirve para extrapolar de esa idea la innecesaria presencia de un Creador.

            Para la década de los setenta y hasta mediados de los ochenta Hawking se muestra contemporizador con algunos planteamientos de la filosofía de la ciencia, pero en todo momento ha sido refractario a los devaneos de los físicos con las ideas orientalistas (caso del físico norteamericano Fritjoh Capra); también en su oportunidad apoyó la especulación relativista acerca de las máquinas del tiempo, pero ya en 1992 en una conferencia en Huelva, España, defiende el criterio opuesto; y sin embargo en 1995 vuelve a cambiar de idea.

            En su primer libro de divulgación escrito en 1984 plantea que el poder descifrar lo acontecido entes del Big Bang (en términos físico - matemáticos) es paralelo a conocer la mente de Dios - Creador; y además se muestra confiado en que antes del tercer milenio se habrá descifrado la ecuación de la cuantificación de la gravedad. Pero en su segunda obra de divulgación que data de 1992: una colección de pequeñas disertaciones de fechas diversas, unidas por unas pocas reflexiones, Hawking que no es nada contemporizador con ideas que no sean propias: ataca a los filósofos de la ciencia, al Principio antrópico, a sus colegas cosmólogos y hace desaparecer a Dios y señala que el acceder a una teoría completa nos haría “Amos del Universo” pero reitera una vieja idea de los años setenta que llama "Principio de Ignorancia" y es la imposibilidad del ser humano de alcanzar la omnisciencia debido a las limitaciones propias de las leyes que rigen la física cuántica.

Teoría actual del Universo: Big-bang

La ley de Hubble parece indicar que en cierto momento del pasado, toda la materia del universo estaba mucho más concentrada que hoy. Luego, estalló en una inmensa explosión llamada Gran explosión, que sucedió alrededor de unos 14 mil millones de años.

            La materia salió por todas direcciones y con los choques se agrupó y se concentró en algunos lugares del espacio formando las primeras galaxias y estrellas. Después, la temperatura y la densidad altas del universo provocaron la fusión de las partículas subatómicas, formando los elementos siendo los primeros el Helio y el Hidrógeno.

            En posteriores reacciones nucleares se originaron elementos cada vez más pesados, esto se llevó a cabo en el interior de las supernovas.