"Al ver tu cielo, hechura de tus dedos, la luna y las estrellas, que fijaste tú, ¿qué es el hombre para que te acuerdes, el hijo de Adán para que de él te cuides?" (Salmo 8, 4-5).
LA OBSERVACIÓN DEL FIRMAMENTO
"Universum” Grabado Flammario (París, 1888). Ilustración representando la observación del cosmos.
En el s. II Ptolomeo de Alejandría recopiló las ideas de los griegos para explicar el movimiento de los planetas y es un sistema geocéntrico (de Geos, la Tierra) con la Tierra inmóvil en el centro del Universo con el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas girando a su alrededor
En 1440 Nicolás de Cusa, escribió un libro que se llamaba: “De docta ignorancia”, en el que se leía: “Está claro, en toda su verdad, que la Tierra está en movimiento, incluso si esto no es evidente para nosotros”. Fue el primer defensor después de Aristarco del sistema heliocéntrico, (de Helios, Sol en griego). El Sol en el centro, como contraposición al sistema geocéntrico, de Geos, en el que Ptolomeo y casi todos los griegos con él defendían que la Tierra estaba en el centro.
Nicolás de Cusa, Cardenal presbítero de S. Pedro en Vincoli, Meister des Marienlebens (1463-1490), Roma (Italia)
Nicolás Copérnico, en 1543 publica un libro titulado “De las revoluciones de las órbitas celestes”, en el que desarrolla un modelo geométrico para explicar el sistema heliocéntrico de una forma sencilla.
Tycho de Brahe es un astrónomo danés que realizó entre 1577 a 1597, la más completa y precisa observación del cielo que se había hecho hasta entonces, construyó un aparato de observación que no era un telescopio, era un enorme cuadrante de madera, de unos 6 o 7 m de radio, graduado de tal forma que se determinaba la posición de una estrella o planeta con una precisión 16 veces superior a la realizada hasta entonces, también medía el tiempo que un astro se encontraba en un determinado lugar.
Tycho necesitaba un matemático que interpretara sus observaciones y pensó en Johannes Kepler, a su vez a éste le faltaban instrumentos de observación para comprobar su interpretación del Cosmos. Una serie de coincidencias, que Kepler en su obra más importante, Astronomía Nova, no duda en atribuir a la Divina Providencia, hicieron que Tycho y Kepler se encontraran y trabajaran juntos .
El gran cuadrante mural de Tycho Brahe Astronomia instaurata mechanica, Tycho Brahe, 1598.
ADAPTAR LA TEORÍA A LA REALIDAD, LA BASE DEL MÉTODO CIÉNTIFICO
Johannes Kepler (1571-1630). Nace en Alemania y muere en Ratisbona. Fue astrónomo, matemático y físico alemán. Cursó estudios de Teología pero los interrumpió al aceptar una plaza como profesor de matemáticas en el seminario protestante de Graz.
Adopta el sistema de Copérnico. Se inspira en los sólidos pitagóricos para entender el Cosmos porque creía que la geometría era el lenguaje de la mente de Dios. Los sólidos pitagóricos son cuerpos limitados por caras que son polígonos regulares:
1.Tetraedro: 4 caras que son triángulos equiláteros
2.Cubo: 6 caras que son cuadrados
3.Octaedro: 8 caras que son triángulos
4.Dodecaedro: 12 caras que son pentágonos
5.Icosaedro: 20 caras que son triángulos.
Escribió sus hallazgos en su primer libro titulado “El Mysterium Cosmographicum” (El misterio cósmico).
Sólidos pitagóricos que Kepler relacionó con los planetas
Tras la muerte de Brahe , en 1601, las medidas sobre la posición de los planetas pasaron a posesión de Kepler, estas observaciones fueron esenciales para que kepler pudiera formular las tres leyes que rigen el movimiento de los planetas. En 1604 Kepler publica un tratado sobre óptica en la que sentaba las bases para la construcción de un telescopio.
La gran cantidad de observaciones de Brahe en particular las medidas del movimiento retrógrado de Marte le llevó a revisar los esquemas cosmológicos conocidos hasta entonces. Este trabajo le llevo a sentar las bases del método científico al adaptar la teoría a la realidad y no a la inversa. Fue su honestidad intelectual la que le llevó a cambiar su mentalidad hasta que descubrió sus leyes. Publicó estos descubrimientos en 1609, “Astronomía nova” (Nueva astronomía), la obra que contiene las dos primeras leyes llamadas de Kepler. En 1619 publicó “Harmonices mundi” (La armonía del mundo), en la que aparece la tercera ley de Kepler.
En “Astronomía Nova”, no solo se busca una descripción de cómo pasan las cosas, sino que también se busca el por qué pasan así. Es en este sentido la primera obra científica de la historia.
Las leyes de Kepler:
1ª ley: Los planetas se mueven siguiendo órbitas elípticas en uno de cuyos focos está el Sol.
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Una elipse es una figura geométrica tal, que la suma de las distancias de cualquiera de sus puntos a otros dos llamados focos es siempre la misma.
2ª ley: La línea que une el Sol con un planeta barre áreas iguales en tiempos iguales que viene a decir que la velocidad de un planeta no es constante en su recorrido sino que cuando se acerca al Sol su velocidad aumenta.
2ª Ley de Kepler
En 1619 publicó “Harmonices mundi” (La armonía del mundo), en la que aparece la tercera ley de Kepler, también averigua que las velocidades angulares de los planetas cuando están todos en el punto más alejado del Sol, es la misma que la de las notas en la escala mayor; y si se toman los planetas cuando están más cerca del Sol sale la escala menor. Cuando analizaba las órbitas de los planetas, nos dice que oía, con el intelecto, no con el oído, una música que progresaba hacia seis voces.
3ª ley de Kepler: Cuánto más lejos está un planeta del sol, más tarda en dar una vuelta a su alrededor y calcula la relación matemática exacta que hay entre la distancia de cada planeta al Sol y lo que tardaba en dar una vuelta completa alrededor de él.
Descubrió la ley del péndulo, a hilo más largo, mayor tiempo de oscilación.
Experimentó la caída de los cuerpos. En Venecia se subió a lo alto de un mástil de un barco en pleno movimiento. Desde allí dejó caer una bola de hierro, la bola mantenía el movimiento hacia delante del barco al mismo tiempo que caía y no hacia la popa del barco como se pudiera pensar.
Fabricó un telescopio de 30 aumentos y una calidad de visión razonable. En 1610 publica “El mensajero celeste” en el que explica las observaciones realizadas con su telescopio, Júpiter no es una estrella, sino un planeta y viaja con sus cuatro lunas, la luna tiene montañas y cráteres,…
Más adelante pidió al Papa que reinterpretara las Escrituras en lo que se refiere a Josué, que para alargar el día pidió que se detuviera el sol . Pablo V era un Papa muy tradicional y no veía con buenos ojos esos intentos de Galileo de mezclar sus ideas científicas sin demostrar con la interpretación de la Biblia, así que declaró que es acorde con las Sagradas Escrituras que el Sol es el que se mueve y la Tierra la que está quieta, sin tener en cuenta que la Biblia está escrita por hombres inspirados por Dios pero con los conocimientos de su época.
En 1632 publicó “Diálogo”, una obra con escaso rigor científico, en la que daba la impresión de poner en boca del tonto del relato la opinión del Papa Urbano VIII. Éste al leerlo prohíbe la distribución del libro y da luz verde a la Inquisición para que abra una investigación sobre el mismo.
La Inquisición declara que este libro contiene una doctrina falsa y contraria a la Sagrada Escritura, que el Sol es el centro del mundo y no se mueve de Este a Oeste. Para ser absuelto Galileo abjuró y no tuvo que pasar por la cárcel.
En sus últimos años escribió su obra maestra: “Discurso en torno a dos nuevas ciencias”, que trata de la consistencia y la constitución interna de los cuerpos y del estudio del movimiento de los cuerpos. Esta obra fue clave, para que Newton, bastantes años más tarde pudiera demostrar lo que Galileo no pudo, que la Tierra se movía. A pesar de sus problemas con la Iglesia nunca abandonó su fe católica. Al final de su vida escribió: “En todas mis obras no habrá quien pueda encontrar la más mínima sombra de algo que reprochar de la piedad y reverencia a la Santa Iglesia.”
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| Isaac Newton 1689 Óleo sobre tela, Godfrey Kneller |
En matemáticas aún como estudiante, basándose en algunas ideas vagamente expuestas por Kepler, expuso por primera vez el cálculo infinitesimal.
En el campo de la óptica descubrió la separación de la luz blanca en los colores del arco iris al pasar un haz de esta luz por un prisma.
En Astronomía descubrió las leyes que llevan su nombre y les dio expresión matemática:
1ª Ley de inercia: Todo cuerpo que no esté sometido a ninguna fuerza o está en reposo o se mueve en línea recta y a velocidad constante.
2ª Ley: Si sobre un cuerpo actúa alguna fuerza, el cuerpo sufrirá una aceleración proporcional a la fuerza.
3ª Ley de la gravitación universal: La Tierra atrae a los cuerpos con una fuerza proporcional a su masa. También atrae a la Luna y al Sol y a todos los demás planetas con una fuerza proporcional a sus masas respectivas. Todos los cuerpos del universo se atraen entre sí con esa misma fuerza.
Newton aplicó su cálculo infinitesimal a sus dos leyes para calcular la trayectoria de una bala de cañón, ésta resultó ser una parábola.
Tanto la elipse como la parábola son curvas descubiertas por un griego llamado Apolonio de Pérgamo en el siglo II a.C. Éste se dedicaba a ver que pasaba si se corta un cono por un plano perpendicular a su eje, sale una circunferencia, a medida que ese plano se va inclinando aparece una elipse. Si el plano es paralelo al lado del cono, entonces aparece una parábola.
Newton supuso que la fuerza de atracción entre el Sol y los planetas era directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional a la distancia que los separaba pero elevada al cuadrado. Aplicó esta hipótesis a sus dos leyes usando el cálculo infinitesimal y las dos trayectorias que obtuvo eran exactas a las órbitas elípticas de las tres leyes de Kepler. Quedaba probado matemáticamente que el Sol tenía que estar en el centro, produciendo una fuerza que, combinada con la inercia, hiciese que todos los planetas girasen a su alrededor exactamente como Kepler había predicho.
En 1687 con 45 años Newton publica los “Principia” en el que recoge las tres leyes, el libro más importante que se ha escrito en la historia de la ciencia. Además de dar la razón a Kepler, mostraba su discrepancia con Galileo en la causa de las mareas que era la atracción gravitacional combinada de la Luna y el Sol sobre los mares y no la combinación entre la rotación y la traslación de la Tierra.
Newton sustentaba sus hipótesis, en la interrelación de conocimientos, sin descartar, al igual que Kepler una cierta visión mística del cosmos como expresión de la mente de Dios y también con Galileo cuando en su obra “Il Saggiatore” escribía:”…el inmenso libro que está continuamente delante de nuestros ojos –me refiero al universo-no se puede comprender sin aprender primero la lengua y los caracteres en los que está escrito. Está escrito en lengua matemática y sus caracteres son: triángulos, círculos y otras figuras geométricas….”
Cuentan que Newton estando en su jardín, una manzana madura se cayó de un árbol, entonces se le hizo la luz, la Tierra atrae a todos los cuerpos con una fuerza proporcional a su masa.
Faltaba el descubrimiento del paralaje estelar (que una estrella se viese en diferente posición cuando la Tierra estaba en un lado o en el otro de su órbita), hubo que esperar a 1837 para que Friedrich Wilhelm Bessel descubriera un paralaje estelar en la estrella número 61 de la constelación del Cisne.
Cálculo del paralaje estelar, cuando una estrella se ve en diferente posición según la Tierra esté en un lado o en el otro de su órbita.
Una prueba empírica de la rotación de la Tierra llegó en 1851 de la mano del famoso experimento del péndulo de Foucault. Desde hacía muchos años se sabía que el plano de oscilación de un péndulo no variaba aunque girase el soporte sobre el que estaba colgado. Por tanto, si se colgase un péndulo en el polo Norte, al dar una vuelta la Tierra sobre su eje y quedarse quieto el plano de oscilación del péndulo, parecería que la Tierra está quieta y el plano de oscilación del péndulo gira, dando una vuelta completa en un día. Ese fue el experimento que hizo León Foucault. Lo hizo en París. Suspendió una estrella de 28 kilos de un cable de 67 metros en la impresionante cúpula del Panteón parisino. La esfera tenía un pincho en la parte de abajo que dejaba una marca en un plano de arena cada vez que daba una pasada y la marca giró en sentido horario. El montaje carísimo y espectacular fue financiado por Napoleón III.
Péndulo de Foucault en el Polo Norte. El péndulo oscila en un plano constante en el espacio, mientras que la Tierra gira por debajo de él.
LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO
En los años 1920, el astrónomo americano Edwin Hubble (1889-1953), comenzó una investigación que llevó a redescubrir el tiempo cósmico.
Usando el telescopio Hooker en un monte de California, estaba estudiando la nebulosa Andrómeda y otras más también espirales, y fue capaz de reconocer en ellas un tipo de estrella estándar, las Cefeidas.
Se apoyó en un descubrimiento anterior de Henrietta Leavitt en el año 1908, que estudiando las periódicas variaciones de luz de las Cefeidas en las nubes de Magallanes , para el observatorio de Harvard College. Las nubes de Magallanes, grande y pequeña, son las más grandes galaxias satélites de la Vía Láctea y son visibles solamente desde el hemisferio sur. Finalmente descubrió que las Cefeidas con largos periodos eran más brillantes.
Tras cálculos posteriores, Hubble se dio cuenta de que los espectros de muchas nebulosas tendían a deslizarse hacia la longitud de onda más larga, el extremo rojo del espectro electromagnético, si se compara con nuestro Sol y las estrellas cercanas.
Descubrió que cuanto más distante es una nebulosa, más grande es el corrimiento al rojo
Andrómeda es la Galaxia espiral más cercana a la Vía Láctea.
Hubble fue un importante científico estadounidense del siglo XX, considerado el padre de la cosmología observacional.
Los descubrimientos de Hubble indicaban respuestas sorprendentes y revolucionarias a tres problemas discutidos en la astronomía y la cosmología.
1.Sus medidas de las Cefeidas mostraban que la Vía Láctea, contrariamente a la suposición común en aquel momento, no debía ser equiparada al universo.
2.Demostró más adelante, que las nebulosas espirales eran realmente galaxias distantes, quizá como nuestra Vía Láctea se ve desde la distancia.
3.Finamente, y lo más significativo, los descubrimientos combinados implicaban que el universo en sí mismo estaba expandiéndose.
La teoría General de la Relatividad de Einstein ya había predicho que el universo estaba o expandiéndose o contrayéndose. Einstein estableció una constante cosmológica, para mantener el universo en equilibrio eterno. Pero después de oír el descubrimiento de Hubble, Einstein viajó a California para ver los datos de Hubble . Como resultado de los descubrimientos de Hubble y los trabajos de George Edouard Lemaître, un sacerdote católico belga y físico, que había estudiado con Arthur Eddington y el soviético Alexander Friedmann, cuyas soluciones a la teoría de Einstein implicaban un universo en expansión, le llevó a revisar su constante cosmológica.
La constante cosmológica de Hubble es el índice actual de expansión del universo, que los astrónomos determinan midiendo las distancias y corrimientos al rojo de las galaxias.
Edwin Hubble y la expansión del Universo
La historia del Cosmos y de la humanidad está grabada en algún lugar del Universo
EL ORDEN Y LA ARMONÍA DEL UNIVERSO
“La vida no puede haber tenido un comienzo al azar.(…)”, “En un desguace de chatarra se encuentran todos los fragmentos y piezas de un Boeing 747, sueltos y en desorden. Y ocurre que a través de ese depósito empieza a soplar un tornado. ¿Cuál es la probabilidad de que después de su paso nos encontremos un 747 completamente ensamblado y listo para volar? ” (Fred Hoyle).
Imagen del Sistema Solar, Si el Universo tiene un principio, según la cosmología del big bang, algo que empieza a existir debe tener una causa (externa) que lo traiga a la existencia.
Bibliografía: La victoria del Sol, Tomás Alfaro Drake, Palabra, El planeta privilegiado, Guillermo González-Jay W. Richars, Palabra, wikipedia Einstein.
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