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TEMA 2

La Tierra en el universo

Hace algunas décadas, un célebre científico (dicen que se trataba de Bertrand Russell) dio una conferencia sobre astronomía. Describió como la Tierra giraba alrededor del Sol y como éste, a su vez, gira alrededor de un inmenso conjunto de estrellas al que llamamos nuestra galaxia. Al final de la conferencia, una vieja señora se levantó del fondo de la sala y dijo: “Todo lo que ha contado son disparates. En realidad el mundo es una placa plana que se sostiene sobre el caparazón de una tortuga gigante”. El científico sonrió con suficiencia antes de replicar: “¿y sobre qué se sostiene la tortuga?” “Se cree usted muy agudo, joven, muy agudo”, dijo la anciana, “ ¡pero hay tortugas hasta el fondo!” La mayoría de nuestros contemporáneos consideraría ridículo imaginar el universo como una torre infinita de tortugas, pero ¿por qué nos empeñamos en creer que sabemos más? Los antiguos se esforzaron mucho por entender el universo, pero entonces no disponían de nuestras matemáticas y nuestra ciencia. En la actualidad contamos con recursos poderosos: herramientas intelectuales como las matemáticas y el método científico, e instrumentos tecnológicos como ordenadores y telescopios. Con su ayuda, los científicos han acumulado un rico acervo de conocimientos sobre el espacio. Pero: ¿Qué sabemos en realidad del universo? ¿De donde viene? ¿A dónde va? ¿Tuvo un inicio? Y si es así, ¿Qué pasó antes de él? ¿Cual es la naturaleza del tiempo? ¿Podemos viajar en él? ¿Tendrá un final? Avances recientes de la física sugieren respuestas a algunas de estas antiquísimas preguntas. Algún día, estas respuestas parecerán tan obvias como que la Tierra gire alrededor del Sol . . . o quizás tan ridículas como una torre de tortugas. Solo el tiempo (sea lo que sea) lo dirá.

Índice

Ideas previas

1.

 ¿Quién situó al Sol en el centro del sistema solar? ¿Cuándo lo hizo?  Enuncia la teoría del big-bang  ¿Qué es un año-luz?  ¿Es Plutón un planeta? ¿por qué?  ¿Qué sabes de Einstein?

Evolución histórica del modelo de universo 2. Composición y estructura del universo 3. El origen del universo 4. La Tierra: un planeta del sistema solar

4.1. Del mito a la ciencia Deducción e inducción 1.3. El método científico.

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EVOLUCIÓN HISTÓRICA DEL MODELO DE UNIVERSO.

Desde el principio de la humanidad, el hombre se ha interrogado acerca del origen del Universo, desarrollando toda suerte de mitos, leyendas y explicaciones al respecto. Las ideas dominantes situaban a la especie humana en el centro del universo: para el hombre había sido creada la Tierra y todo lo que le rodea. Es lo que se conoce como perspectiva antropocéntrica. Superar esta perspectiva ha requerido un proceso lento y costoso de lucha contra mitos y prejuicios.

1.1. La antigüedad: el modelo geocéntrico. Los antiguos griegos observaron que las estrellas giraban durante la noche y todas lo hacían en el mismo sentido, manteniendo constantes las distancias entre ellas. Esto les hizo pensar que se encontraban fijas a una lejana esfera, la bóveda celeste. Había, sin embargo, otros cuerpos celestes que seguían unas trayectorias aparentemente erráticas entre las estrellas, por lo que se les dio el nombre de planetas, que en griego significa errante o vagabundo. Aristóteles (384-322 a.C.) dividía el universo en dos partes: un mundo celeste y otro terrestre. El mundo celeste era perfecto e inmutable; su único movimiento tenía que ser uniforme y circular, porque el círculo es la figura perfecta: sin principio ni fin e igual en todos sus puntos. Construyó el primer modelo geocéntrico según el cual la Tierra, fija e inmóvil, ocupaba el centro de un sistema de esferas concéntricas en la que se encontraban la Luna, los planetas, el Sol y las estrellas fijas Pero su modelo no podía explicar por que la Luna, el Sol y los planetas variaban la intensidad de su brillo (pues en realidad no siempre están a la misma distancia). Claudio Ptolomeo, en el siglo II d. C. resolvió dicha dificultad estableciendo que los planetas a su vez, giran en torno a un punto imaginario en un movimiento secundario llamado epiciclo. El sistema geocéntrico se mantuvo vigente hasta el siglo XVI

1.2. El renacimiento: el modelo heliocéntrico. El modelo geocéntrico explicaba la alternancia de días y noches, así como los principales movimientos de las estrellas. Pero a medida que las mediciones astronómicas se hicieron más precisas, se demostró incapaz de explicar el movimiento observado de planetas y estrellas así como de realizar predicciones de precisión Nicolás Copérnico (1473-1543) postuló que la Tierra giraba alrededor de su eje y realizaba una vuelta diaria. Con esta hipótesis, descubrió que se podía construir un modelo de universo mucho más simple y elegante si se elegía el Sol como centro del universo. Es decir, eran la Tierra y el resto de planetas los que giraban alrededor del Sol. El modelo de Copérnico, no obstante, era equivalente al de Aristóteles en los demás aspectos, al seguir manteniendo las esferas celestes y el movimiento circular uniforme. Su auténtica revolución fue modificar el esquema de las relaciones entre el ser humano y la divinidad. Es por ello que su obra De revolutionibus .orbium celestium sólo se publicó tras su muerte y fue rápidamente incluida entre los libros prohibidos por la Iglesia. La verdadera revolución científica del Renacimiento fue, por tanto, el cambio de mentalidad científica que a partir de ahora basaría su trabajo en la experimentación. Galileo Galilei (1564-1642) mejoró el telescopio recién inventado y lo utilizó: descubrió cráteres y montes en la Luna que, por tanto, ¡dejaba de ser un cuerpo perfecto! así como cuatro satélites que orbitaban alrededor de Júpiter ¡no todo giraba, pues, en torno a la Tierra! En suma, Galileo desmonta definitivamente el modelo aristotélico vigente durante veinte siglos. Su polémica con la Iglesia ha pasado a la historia como paradigma del enfrentamiento entre Ciencia y Teología, progreso y estancamiento.

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Modelo geocéntrico de Ptolomeo

Modelo heliocéntrico de Copérnico

1. La Tierra es esférica y se encuentra inmóvil en el centro del universo.

1. El Sol está inmóvil en el centro del Universo 2. La Tierra gira alrededor del Sol y al mismo tiempo gira sobre sí misma. La Luna gira en torno a la Tierra.

2. El Sol, la Luna y los planetas giran en torno a la Tierra con un movimiento circular uniforme.

3. Los planetas giran en torno al Sol con un movimiento circular uniforme.

3. Las estrellas están fijas en una inmensa esfera que gira en torno a la Tierra. Dicha esfera cierra el universo, que es finito.

4. Las estrellas están fijas en una inmensa esfera que permanece inmóvil Dicha esfera cierra el universo, que es finito.

Johannes Keppler (1571-1630) descubrió que los planetas describen órbitas elípticas, con el Sol en uno de sus focos, y que los planetas se movían con velocidades inversas a su distancia al Sol, lo que invalidaba los movimientos uniformes y circulares. Las tres leyes de Keppler sobre el movimiento planetario siguen vigentes hoy. Isaac Newton (1642-1727) se dio cuenta de que si la Luna no salía por inercia de su órbita elíptica era debido a que existía una fuerza que la empujaba hacia la Tierra, la cual desviaba continuamente su trayectoria recta convirtiéndola en curva. A esta fuerza la llamó gravedad, demostrando que era la responsable de hechos tan diversos como la caída y el peso de los cuerpos, la ciclicidad de las mareas o el movimiento de los cuerpos celestres. Además de la ley de la Gravitación Universal, enunció también las tres leyes de Newton que constituyen el fundamento de la mecánica. Por todo ello, Newton es tenido como el científico más brillante de la historia

1.3. El siglo XX: el modelo excéntrico y las teorías de la relatividad y el Big Bang. La idea aún mantenida por Galileo de un Universo finito y estático fue dando paso gradualmente a la de un Universo infinito. Herschel (1783) cartografió las estrellas de la Vía Láctea y descubrió que parecía haber igual número en todas direcciones. Por ello supuso que el sistema solar ocupaba el centro de la galaxia. Shapley, en 1915, propuso que el Sol no estaba en el centro de la galaxia sino en uno de sus bordes (teoría excéntrica). En la actualidad sabemos que hay miles de millones de galaxias con miles de millones de estrellas cada una. El Sol es una estrella mediana y la Tierra un punto perdido en la inmensidad del Universo, del cual ignoramos su tamaño. Entre 1905 y 1917 Albert Einstein (1879-1955) dio a conocer su teoría general de la relatividad con la cual se superaban las ideas newtonianas acerca de la gravedad, del espacio y del tiempo, sentándose un nuevo marco teórico sobre la estructura del universo. Aparecía una nueva magnitud, el ESPACIO-TIEMPO que ligaba a ambos, la gravedad era consecuencia de su curvatura y el tiempo dejaba de tener un valor absoluto para quedar ligado a cada observador. Las ecuaciones de la teoría de la relatividad eran muy complejas y de consecuencias sorprendentes. De ellas se deducía un modelo de Universo en expansión y la causa de ello debía de ser un fenómeno ocurrido en el origen del tiempo: la gran explosión del “huevo cósmico” donde se hallaría concentrado todo el Universo. Con ello nacía la teoría del Big Bang

1. 2. 3. 4.

¿Qué son los epiciclos? ¿Qué problema solucionan? ¿Durante cuantos años ha estado vigente el modelo geocéntrico? RSO COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA ¿Qué aporta Kepler a la historia de la Astronomía? ¿Y Galileo? DEL ¿Cuándo hemos dejado de estar en el centro “de algo”?

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UNIVERSO

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COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DEL UNIVERSO

2.1. Estructura del universo. El Universo es, sobre todo, vacío, un vacío en el que “flotan” más de 100.000 millones de galaxias. En cada galaxia hay, por término medio, 100.000 millones de estrellas. Las galaxias tienen tendencia a reunirse en enjambres, llamados cúmulos. Estos a su vez se agrupan en supercúmulos que, a su vez, se disponen en filamentos, como enormes murallas cósmicas. Las distancias entre estrellas y galaxias son inmensas e insalvables; el año-luz, la distancia que la luz recorre en un año a 300.000 km/s es la unidad de medida: 946 x 1010 km El Universo tiene aspecto esponjoso y burbujeante donde los racimos de galaxias se disponen como filamentos en las paredes de las burbujas, engarzadas en una especie de esqueleto cósmico formado por la materia oscura.

Los cúmulos de galaxias están formados por varias galaxias agrupadas. La Vía Láctea forma parte de un grupo de unas treinta galaxias, el Grupo Local. A su vez, el Grupo Local se integra en un conjunto de grupos llamado Supercúmulo de Virgo, que comprende miles de galaxias. Quizás el Supercúmulo de Virgo forme parte de otra estructura mayor . . . La estrella más cercana al Sistema solar, Próxima Centauro, está a 4 años y 4 meses-luz y la galaxia más cercana , Andrómeda, a 2 millones de años luz. El Universo se parece a esas muñecas rusas, unas dentro de otras. Algunas galaxias tienen formas bien definidas, como las elípticas, que son grandes masas elipsoidales de estrellas flotando en el espacio. Las galaxias lenticulares están formadas por un bulbo más pequeño, rodeado por un disco homogéneo de astros. La Vía Láctea, nuestra galaxia, es una galaxia espiral. Tiene forma de disco pero las estrellas se agrupan en brazos que parecen enroscarse en espiral alrededor de un bulbo central. El diámetro de la galaxia es de unos 100.000 años luz. El Sistema Solar se halla cerca del borde, a unos 27.000 años-luz del centro de la Vía Láctea, ocupado por un voraz agujero negro. Las galaxias irregulares carecen de forma definida. Cuando miras la luz de las estrellas y de las galaxias estás viendo su pasado. Algunas son tan remotas que su luz ha tardado miles de millones de años en llegar a la Tierra. Las vemos tal y como eran en su juventud. Puede que ya ni existan. Tan solo vemos su luz viajar por el espacio infinito

2.2. Composición del Universo.

Desde el punto de vista químico, la fórmula del cosmos observable es sencilla: 75% de hidrógeno, 20% de helio y 5% del resto de elementos. Las galaxias son enormes acumulaciones de materia en forma de polvo cósmico, nebulosas y estrellas, algunas de las cuales poseen sistemas planetarios. Estos componentes galácticos se mantienen unidos por la fuerza de la gravedad que generan sus grandes masas. En las galaxias, el espacio entre las estrellas está ocupado por una mezcla de gases (hidrógeno y helio) y polvo cósmico (compuesto por elementos químicos pesados muy dispersos, algunos por m3)

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Las estrellas son enormes esferas de gases incandescentes, donde se alcanzan temperaturas tan elevadas que se inician reacciones de fusión termonuclear, que generan nuevos elementos químicos y desprenden ingentes cantidades de energía en forma de luz y calor. Las nebulosas son masas de polvo y gas interestelar. Se consideran “cunas de estrellas”. Son más o menos visibles en función de la densidad que tengan o de la presencia de estrellas en formación. La materia visible del universo sólo representa el 4% del total de materia-energía. Es posible que los espacios “vacíos” no estén tan vacíos. La materia oscura es materia del universo de naturaleza desconocida, pues no emite ni absorbe radiación electromagnética (luz, ondas de radio) que nos permita detectarla. Se sabe de su existencia porque su gravedad desvía la trayectoria de estrellas y galaxias visibles que viajan por el espacio. La energía oscura es otro enigma, actúa como una fuerza repulsiva en contra de la gravedad y es responsable de la anómala aceleración de nuestro universo El Universo parece estar compuesto en un 65 % por energía oscura, en un 30 % por materia oscura y sólo en un 5 % por materia visible y conocida: estrellas, planetas, gas y polvo cósmico.

2.3. Las estrellas: fábricas de elementos químicos El nacimiento de una estrella. Las estrellas nacen de las frías nubes de gas y polvo que se localizan en las galaxias. En su interior las fuerzas de contracción, debidas a la gravedad, fragmentan la nebulosa en glóbulos más pequeños, las protoestrellas. En ellas el colapso gravitatorio provoca el giro en torno a su eje; ambos se retroalimentan. Finalmente se alcanzan densidades y temperaturas tan elevadas que los núcleos de hidrógeno, a velocidades de 1000 km/s, vencen la repulsión eléctrica de sus cargas y se fusionan para dar núcleos de helio: son las reacciones de fusión termonuclear. Dado que la masa de un núcleo de helio es inferior a la de los dos núcleos de hidrógeno fusionados, este defecto de masa se transforma en energía que se irradia al exterior: la estrella se ha “encendido” Esta enorme energía liberada haría explotar la estrella si no fuera por que a ésta componente expansiva se opone la fuerza de la gravedad, que tiende a colapsarla; pero ambas fuerzas se equilibran y la estrella permanece estable, millones de años, mientras se va consumiendo el hidrógeno. Evolución y muerte de una estrella. A medida que el hidrógeno se convierte en helio, las reacciones de fusión se desplazan hacia la periferia, donde aún existe hidrógeno disponible, mientras que el helio ha ido acumulándose en el núcleo. A medida que se agota el hidrógeno la estrella pierde masa y, por tanto, disminuye la componente gravitatoria y aumenta la componente expansiva. La estrella aumenta de tamaño y se convierte en una gigante roja.

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Mientras tanto, el helio se ha ido acumulando en el núcleo de la gigante roja y continuará compactándose hasta alcanzar la temperatura crítica que inicie la fusión del helio para formar carbono. La consiguiente liberación de enormes cantidades de energía volverá inestable la estrella, desprenderá sus capas externas (que forman una nebulosa planetaria) reduciéndose la estrella al núcleo desnudo de la antigua gigante roja, cuya energía proviene de la fusión de helio que conduce a la síntesis de carbono: es la enana blanca. Cuando agote todo el helio, se enfriará lentamente hasta apagarse por completo, originando una estrella de carbono, oscura y fría, llamada enana negra. El sol lleva brillando unos 4500 millones de años y le quedan unos 5000 millones más hasta morir. En las estrellas de mayor masa que el sol (más de diez masas solares), la protoestrella se convertirá en una estrella gigante, con una luz miles de veces más intensa y azulada (estrella azul). Alcanzará un tamaño mayor después (supergigante roja) y finalizará su vida con una explosión violentísima (supernova), cuyo brillo superará al de la galaxia entera y durante la cual se sintetizarán y dispersarán al espacio todos lo elementos conocidos. El resto de la materia que no ha sido expulsada permanece como residuo denso, cuyo destino final depende nuevamente de su masa. Si la masa es menor a tres veces la masa solar, se convierte en una estrella de neutrones. Si retiene mayor masa, formará un agujero negro, una estructura tan masiva que ni la luz puede escapar de su campo de atracción gravitatoria. Las estrellas son fábricas de nuevos elementos químicos. Cada segundo, el Sol está produciendo 695 millones de toneladas de helio a partir del hidrógeno. El carbono de tu piel o el calcio de tus huesos fueron fabricados en núcleos de antiguas estrellas. Por eso, somos polvo de estrellas. Supernovas. El gran núcleo de la supergigante roja permite que las reacciones termonucleares originen elementos más pesados que el carbono: magnesio, oxígeno, silicio, etc. . . Cada vez que se agota un combustible, la contracción gravitacional elevará la temperatura lo suficiente como para generar nuevas reacciones termonucleares que “queman” el producto de la fusión anterior para generar uno nuevo. Tiene una estructura concéntrica: los elementos más pesados en el centro, los más ligeros en la periferia. Pero la formación de hierro marca el final de este proceso. La fusión de los núcleos de hierro, a diferencia de la de otros elementos, no desprende energía sino que la absorbe. Como consecuencia, el núcleo de la estrella se contrae de forma súbita (implosión), su densidad aumenta hasta valores espectaculares ( mil millones de toneladas en 1 cm 3) y finalmente se produce una violentísima explosión, la supernova, que lanza al espacio casi toda la masa de la estrella, emite enormes cantidades de luz y durante la cual se sintetizan todos los elementos químicos más pesados que el hierro (oro, cobre, uranio, etc.) que se dispersarán por el espacio intergaláctico.

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Núcleo de una supergigante roja

El ORIGEN DEL UNIVERSO.

3.1. La teoría del Big Bang. La teoría del Big Bang afirma que toda la energía del Universo se hallaba en el origen concentrada en un punto de tamaño infinitesimal. La densidad y la temperatura de dicho punto debieron ser inimaginables (matemáticamente infinitas) estimándose para los 0,01 segundos posteriores a la gran explosión de unos 10 000 millones de grados kelvin. Las leyes conocidas de la física no sirven para explicar las condiciones de este comienzo

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En el Big Bang se creó la materia y la energía del universo, pero también el espacio y el tiempo. Por eso no tiene sentido preguntarse acerca de lo que habría “antes” o “fuera” de esa singularidad inicial. El universo no se expande en un espacio preexistente sino que es el mismo espacio-tiempo el que está en expansión

Veamos como imaginan los científicos esos primeros instantes del universo. I. La etapa de inflación. En la primera fracción de segundo de la creación, el universo sufrió una expansión fantásticamente rápida. El tamaño del Universo aumentó en un factor 10 50 en un tiempo de 10-32 s. Su temperatura estimada es de unos 1027 grados II. Formación de la materia. Este universo que se hinchaba estaba formado por partículas subatómicas (electrones o quarks, partículas elementales componentes del protón y del neutrón) bañadas en cantidades inmensas de energía: fotones. Al cabo de tres minutos, esta sopa de partículas subatómicas se enfrió hasta los mil millones de grados, formándose neutrones y protones, y, finalmente, núcleos atómicos La luz permanecía atrapada en esta maraña de materia de elevada densidad. El LCH europeo intenta crear estas primeras partículas de la creación. III. Los primeros átomos. Unos 300.000 años más tarde, cuando la temperatura habría bajado hasta los 3000 K y la velocidad de expansión era menor, lograron los núcleos capturar los electrones necesarios para formar átomos de H y He, en un porcentaje muy semejante al actual IV. El encendido del universo. Al acoplarse quarks, protones, neutrones y electrones para formar átomos, el número de partículas cargadas libres disminuyó en picado y la luz pudo viajar libremente por el espacio: un fogonazo inmensamente brillante inundó el universo, residuo del cual nos queda la radiación cósmica de fondo. V. La formación de estrellas y galaxias. Unos 400 millones de años tras el Big Bang, zonas del espacio ligeramente más densas se convirtieron en centros de atracción gravitacional. En torno a ellos se reunió materia, formándose nebulosas, planetas y estrellas y, depuse, las primeras galaxias.

3.2.¿Cómo surgió la idea del Big Bang? Tres tipos de pruebas observacionales sostienen la teoría del Big Bang. El universo en expansión. A comienzos del siglo XX los científicos tendían a pensar que el universo había existido desde siempre con un aspecto parecido al de hoy. Todo cambió cuando en 1929 Hubble logró medir la distancia a algunas galaxias cercanas y analizar adecuadamente la luz que emitían. Las líneas del espectro que representan los distintos elementos no estaban en su sitio, sino desplazadas hacia el rojo. Hubble lo interpretó como que todas las galaxias se estaban alejando de nosotros o, mejor dicho, todas se alejaban de todas. El universo está en expansión. La radiación cósmica de fondo. En 1964, Arno Penzias y Robert Wilson, tratando de instalar una antena de uso astronómico, descubrieron de forma accidental una radiación muy débil que llegaba a ella desde todos los puntos del universo. Por ello se la llamó “cósmica” (de cosmos, universo en griego) y “ de fondo”, aludiendo a su origen lejano dada su debilidad (equivalente a una temperatura de 3 K) Esta radiación cósmica era el “eco” del big bang que ha llegado hasta el presente. La elevada cantidad de helio en el universo. El 25% de la materia que constituye el universo es helio, una cantidad mucho mayor de la que hayan podido crear por sí solas las estrellas. El modelo del Big Bang predice esta abundancia de helio que habría surgido entre el minuto 3 y 17 de la formación del universo, cuando éste se encontraba a la temperatura que se da en el interior de las estrellas.

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Al atravesar la luz blanca un prisma de cristal Se obtiene su espectro continuo de siete colores

Cada sustancia, en estado incandescente emite luz con un espectro discontinuo exclusivo de ella

El efecto Doppler. Cuando un objeto en movimiento emite ondas, estas ondas son distorsionadas. Si el emisor se acerca, la onda se comprime (longitud de onda más corta) y si se aleja la onda se estira (longitud de onda más larga). A este fenómeno se le conoce como efecto Doppler. Esta es la causa de que el sonido del tren es más agudo cuando se acerca y más grave cuando se aleja.

Algo similar sucede al observar la luz de las galaxias: las ondas aparecen desviadas hacia el lado rojo del espectro (mayor longitud de onda). En la figura de arriba puedes comparar la posición de las bandas espectrales de absorción para un mismo elemento químico obtenidas aquí en la Tierra con las que emite el mismo elemento desde de una galaxia lejana.

En el instante en el que el universo empezó su expansión – el momento de su nacimiento- el universo era infinitamente denso e infinitamente caliente. Los físicos llaman singularidad al punto en que algo se dispara hasta el infinito. Según el modelo del Big Bang, el universo nació en una singularidad. Otro lugar en el que la teoría de la gravedad de Einstein predice una singularidad es el corazón de un agujero negro. En este caso, la materia de una estrella se encoge de forma catastrófica para, finalmente, ser comprimida en un volumen cero, por lo que se vuelve infinitamente caliente e infinitamente densa. Alguien dijo una vez que “los agujeros negros son el lugar donde Dios dividió entre cero”. Una singularidad es un sinsentido. Cuando un monstruo así aparece en una teoría de la física, nos está informando de que la teoría – en este caso, la teoría de la gravedad de Einstein- es imperfecta. La estamos llevando más allá del dominio en el que tiene algo sensato que decirnos sobre el mundo. La relatividad general es una teoría de lo muy grande. Pero en sus inicios, el universo era más pequeño que un átomo, y la teoría del ámbito atómico es la teoría cuántica. Normalmente, estos dos impresionantes monumentos de la física del siglo XX no se solapan. Sin embargo, en el corazón de los agujeros negros y en el nacimiento del universo entran en conflicto. Necesitamos unificar ambas teorías en una teoría cuántica de al gravedad

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3.3. ¿Cuál es el futuro del universo? ¿Hasta cuando continuará la expansión? De la teoría general de la relatividad se deducen tres posibles respuestas en función de la densidad de la materia del universo y de la velocidad de expansión. Debes tener en cuenta que la fuerza de la gravedad se opone a la expansión y que el valor de dicha fuerza depende de la cantidad de masa contenida en el universo. I. Universo cerrado. Si la densidad media del universo está por encima de la llamada “densidad crítica”, la gravedad del universo irá frenando poco a poco la expansión y en un determinado momento (dentro de unos 20.000 millones de años) el proceso se invertiría, contrayéndose el Universo hasta colapsar en un punto tan reducido como el original: es el Big Crunch o Gran Aplastamiento. La forma de este universo sería esférica, un espacio finito sin bordes o límites. II. Universo abierto. Si la densidad es inferior a la crítica, el universo será abierto y su expansión indefinida. El Universo estaría condenado a una muerte lenta y fría en medio de la oscuridad más absoluta. Algunos autores postulan el Big Rip o Gran Desgarramiento: la expansión, acelerada por la energía oscura podría desmembrar galaxias, estrellas e incluso átomos. III. Universo plano. Si la densidad media del universo es exactamente el valor crítico, el universo sería plano y su expansión se iría frenando paulatinamente, acercándose el universo a un tamaño estacionario aunque sin alcanzarlo.

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Decidir entre los tres modelos es complicado. Además de la materia visible, los científicos postulan la existencia de materia oscura que no podemos ver pero cuya presencia podemos deducir a partir de su influencia gravitatoria sobre las órbitas de las estrellas. Pero aún sumando toda la materia visible y la materia oscura que se supone que hay, parece que en Universo existe mucha menos materia de la necesaria para detener la expansión: el segundo modelo hasta hace poco parecía el más probable. Pero nuevas observaciones han dejado perplejos a los científicos: la expansión del universo no se está frenando: se está acelerando. La teoría de la relatividad no contempla esta posibilidad ya que el efecto de la materia, haya mucha o poca, siempre es frenar la expansión. ¿Qué extraña fuerza está expandiendo el universo más y más rápido cada vez?: los científicos postulan la existencia de una tercera sustancia: la energía oscura. Es un misterioso material con gravedad repulsiva, descubierto en 1998, invisible, y del que se ignora casi todo.

Un universo de espacio, tiempo y energía, pero sin materia física: este parece ser el futuro de nuestro Universo

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5. 6. 7. 8. 9. 10.

Distingue entre gigante roja y supernova. ¿Cuál es estos estados alcanzará el Sol? Distingue entre fusión y fisión nuclear. ¿Cuál es la fuente de energía del sol? ¿Qué diferencia hay entre la materia oscura y la energía oscura? Describe qué es la radiación de fondo y cómo se interpreta. Qué condiciones deben darse para que vuelva a formarse un “huevo cósmico”? ¿Qué es una singularidad? ¿Qué tipos hay? ¿Por qué son un “sinsentido”?

LA TIERRA: UN PLANETA DEL SISTEMA SOLAR.

4.1. Estructura y composición del sistema solar. Tras los últimos cambios introducidos por la Unión Astronómica Internacional (UAI), el sistema solar está compuesto por: 

El Sol. Es la estrella de nuestro sistema planetario. Es una inmensa esfera de gases incandescentes (hidrógeno y helio) que irradia energía a todo el sistema planetario Se clasifica como una estrella amarilla de tipo medio, aunque su tamaño es gigantesco comparado con la Tierra (un diámetro de 1392000 km y un volumen 1300 000 veces la Tierra). Debe su energía a las reacciones termonucleares que se producen en su núcleo, en donde se alcanza una temperatura de 15 millones de grados centígrados, mientras que la temperatura de su superficie es e 6000 ºC. Da una vuelta completa sobre su eje en 25 días. Está situado a unos 150 millones de km. Se formó hace unos 5000 millones de años y aún le queda combustible para otros 5000 millones más.

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Estructura del Sol (izda). Diagrama de clasificación de las estrellas (dcha). Las estrellas se suelen clasificar por su color, el cual depende de su temperatura. Las estrellas más calientes (30 000 ºC en superficie) se ven azuladas y las más frías (3000 ºC) se ven rojizas. El brillo de las estrellas depende de su volumen: las estrellas gigantes son más brillantes que las medianas y éstas más brillantes que las enanas.

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Planetas. Son cuerpos celestes que orbitan alrededor del Sol, cuyas masas son lo suficientemente grandes como para tener forma casi esférica y haber despejado los alrededores de su órbita. De acuerdo con su posición y características, se distinguen dos grupos de planetas: a. Planetas interiores o terrestres. Incluyen Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Son los planetas más cercanos al Sol, tienen un tamaño pequeño, su superficie es rocosa y tienen una atmósfera poco extensa o inexistente. Apenas tienen satélites (la Tierra tiene uno y Marte dos). b. Planetas exteriores o gigantes. Incluyen Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Son los planetas mas alejados del Sol, tienen un tamaño grande, sus superficies no son rocosas y se encuentran fundamentalmente en estado líquido y gaseoso. Poseen numerosos satélites.

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Planetas enanos. Son cuerpos celestes que orbitan alrededor del Sol y tienen una masa lo suficientemente grande como para adoptar una forma casi esférica pero no para haber despejado su órbita. Aquí se incluyen Ceres, Plutón y Eris y seguramente varias decenas de cuerpos celestes situados más allá de la órbita de Neptuno.

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Satélites. Son cuerpos celestes que giran en torno a los planetas. Las Luna es el satélite de la Tierra. Salvo Mercurio y Venus, todos los planetas tienen satélites. En torno a Júpiter se han encontrado ya 63 satélites, en torno a Saturno 60 y continuamente se descubren nuevos.

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Cuerpos menores del sistema solar. Según la UAI son todos los cuerpos celestes que orbitan en torno al Sol y que no se incluyen en las categorías anteriores. Hay tres tipos:

Plutón siempre ha sido un planeta especial: más pequeño que la Luna, su órbita no está incluida en la eclíptica, sino que es excéntrica e inclinada. Además, está cerca de los planetas gigantes y gaseosos, sin ser ninguna de las dos cosas.

a. Asteroides. Son cuerpos rocosos menores, generalmente con forma irregular. La mayoría se encuentran en el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter. Su tamaño es muy variado, desde unos milímetros a 1000 km.

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b. Meteroides. Cuerpos sólidos de dimensiones, generalmente, pequeñas cuya órbita corta la de la Tierra o la de otro astro del Sistema Solar. Es por ello que pueden cruzar la atmósfera terrestre, dando lugar a una estrella fugaz, o incluso alcanzar la superficie terrestre ( si su trayectoria es adecuada y su masa lo suficientemente grande). Son restos de cometas o de asteroides expulsados del cinturón de asteroides por las perturbaciones planetarias. c. Cometas. Son pequeños cuerpos celestes que orbitan más allá de Neptuno, en el cinturón de Kuiper. Están constituidos por rocas y hielo. Sus órbitas son muy elípticas y, en algunos casos, de período muy grande. Al acercarse al Sol, un cometa desarrolla una cola que apunta en dirección contraria al Sol y que se debe a al paso del hielo al estado gaseoso.

La nueva definición de planeta. Después de pasar décadas buscando el décimo planeta, los hallazgos de nuevos cuerpos celestes, paradójicamente, hicieron insostenible la consideración de Plutón como planeta En efecto, mas allá de la órbita de Neptuno, en un anillo denominado Cinturón de Kuiper, se han ido encontrando cientos de cuerpos helados, algunos de ellos de gran tamaño. Pero el detonante fue el hallazgo de Eris (antes llamado Xena) en el año 2003 con un tamaño mayor que el de Plutón. Si se mantenía a Plutón entre los planetas, habría que integrar a Eris, a otros cuerpos del cinturón de Kuiper e incluso a Ceres, el mayor de los asteroides (todos ellos esféricos y de un tamaño considerable: diámetro superior a los 800 km). La nueva definición de planeta, pues, no dice nada de un tamaño mínimo pero si de tres características imprescindibles: a. b.

4.2.

Deber orbitar alrededor del Sol. Su masa debe ser lo suficiente para que su forma sea casi esférica; los asteroides de menor tamaño son irregulares. c. Debe haber despejado su órbita, ya que el proceso de crecimiento planetario es como una “bola de nieve”, que atrae a todas partículas cercanas. Características del las sistema solar.

La Luna es el satélite natural de la Tierra. Su tamaño es excesivo en relación a la Tierra, de ahí su gran influencia sobre ella. Tiene un diámetro de 3500 km y se halla muy cerca de nosotros, sólo a 384 000 km. Su superficie está cubierta de cráteres. Carece de atmósfera y sus temperaturas oscilan entre los 110 ºC diurnos y –150 ºC nocturnos (valores medios). Carece de actividad geológica: es un astro muerto.

El sistema solar tiene un conjunto de características que cualquier teoría sobre su origen debe poder explicar: El Sol y todos los planetas giran en el mismo sentido. Las órbitas de todos los planetas son casi circulares (elipses de muy poca excentricidad) y se encuentran situadas aproximadamente en el mismo plano, denominado eclíptica, que coincide con el plano ecuatorial del Sol.  La mayoría de los planetas tienen rotaciones en el mismo sentido que sus revoluciones orbitales.  Los planetas interiores son pequeños y densos; los planetas exteriores, grandes y ligeros.  Todos los cuerpos celestes que son rocosos (planetas interiores, asteroides y satélites) poseen numerosos cráteres de impacto.  

4.3. La formación del sistema solar Aunque existen diversas teorías sobre el origen de nuestro sistema solar, la mayoría coinciden en que tanto el Sol como los planetas se formaron casi al mismo tiempo hace unos 4600 millones de años a

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partir de la condensación gravitatoria de una nebulosa fría formada por gas, polvo de hielo y silicatos, que incluía los restos de anteriores supernovas. La teoría de los planetesimales es la teoría más aceptada para explicar el origen del sistema solar y, por lo tanto, de la Tierra. El proceso de formación habría transcurrido en varias etapas: 1.

Nebulosa inicial. Hace unos 5000 millones de años la nebulosa inicial comenzó a contraerse (colapso gravitatorio) y a girar sobre sí misma. La mayor parte de la masa se concentró en el centro de la nebulosa, y el resto de la materia, que se encontraba en la periferia, giraba alrededor de la masa central dispuesta en forma de disco alrededor del plano ecuatorial.

2. Formación del Sol. La contracción de la masa central o protosol hizo que en su núcleo se generasen las condiciones de presión y temperatura necesarias (menos espacio, más choques) para que se produjeran reacciones de fusión nuclear de hidrógeno, en las que se forma helio y se libera energía. De esta forma, la masa central se convirtió en una estrella, el Sol. 3. Formación de planetesimales y planetas. Al mismo tiempo que se formaba el Sol, en el disco de materia que giraba alrededor se producían infinidad de choques entre las partículas, que se agregaban unas a otras y daban origen a cuerpos de tamaño cada vez mayor: planetesimales (tamaño hasta 1 km), planetoides y planetas. En virtud de ese proceso de acreción, cada planeta fue despejando su zona orbital de planetesimales. En las cercanías del Sol, las altas temperaturas provocaron la inestabilidad de las partículas más ligeras (H, He...) que adquirieron la velocidad de escape necesaria para emigrar a las zonas externas del disco, más frías donde permanecieron estables. De esta manera se explica la formación de planetas enanos y densos en el interior del sistema solar y planetas gigantes y ligeros en el exterior. 4. Fusión de los planetas nacientes. La energía gravitatoria, que comprime los planetas nacientes, y los impactos de planetesimales y planetoides sobre ellos, hacen que su temperatura aumente hasta alcanzar un estado incandescente. Al girar sobre sí mismo adquieren forma esférica y sus materiales se disponen en capas (núcleo, manto, corteza y atmósfera, en el caso de los planetas de tipo terrestre) según su densidad. 5. Últimos procesos. Finalmente, el viento solar arrastró hacia la parte externa del sistema todos los pequeños cuerpos sobrantes. Esto provocó un gigantesco bombardeo de meteoritos que impactaron sobre los planetas y satélites recién formados, produciendo una intensa craterización de su superficie, la inclinación del eje de giro de varios de ellos y la inversión en el sentido de giro de Venus. Los pequeños cuerpos que fueron barridos se concentraron en el exterior del sistema solar y dieron lugar a los cometas, restos helados de la nebulosa.

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11. ¿Qué ocurriría si Superman detuviese la Tierra en su giro alrededor del Sol? 12. ¿Cuántas “Tierras” cabrían alineadas en una de las protuberancias solares? 13. ¿Puede algún planeta tener un sentido de traslación distinto al de los demás? ¿y un sentido de rotación distinto? Razona 14. Define entre planeta enano y planeta. Distingue igualmente entre asteroide y meteroide. 15. Venus tiene una temperatura cte. superior a los 400 ºC. Mercurio y la Luna presentan oscilaciones térmicas superiores a los 350 ºC y mientras que en la Tierra son inferiores a los 120 º C ¿Por qué?

1. ¿Qué es una singularidad? ¿Qué tipos hay? ¿Por qué son un “sinsentido”? ACTIVIDADES FINALES 2. ¿Qué es la inflación? ¿Precedió o sucedió al Big Bang? 1. a. b.

El universo de Copérnico: Busca los aspectos comunes a los modelos astronómicos de Ptolomeo y Copérnico. Busca puntos del modelo de Copérnico que hoy se consideren inaceptables.

2.

El Sol:

a.

Indica qué información aporta el brillo y el color de una estrella. A partir de ahí, clasifica el Sol en función de ambos parámetros. Dado que somos “polvo de estrellas”. ¿Quiere ello decir que en el Sol se pueden formar los elementos que forman nuestro cuerpo? Razona tu respuesta.

b.

3. Responde a las cuestiones del texto 1.

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TEXTO 1: SOLOS EN UN UNIVERSO SUPERPOBLADO Hacia el año 300 a.C. el filósofo Metrodoro escribió: “Considerar que la Tierra es el único mundo poblado del espacio infinito es tan absurdo como afirmar que en un campo sembrado con mijo solo brotará una semilla”. Sirva ello para demostrar que la humanidad se ha preguntado desde antiguo: ¿es posible que los humanos estemos solos en el universo? Hay cien mil millones de galaxias, cada una de ellas con miles de millones de estrellas. Los astrónomos calculan que al menos el 20% de ellas son estrellas similares a nuestro sol. Muchas de ellas pueden tener planetas orbitando alrededor. En sólo 15 años se han descubierto 453 exoplanetas (planetas fuera del Sistema Solar). La mayoría son gigantes, gaseosos y muy calientes (para la tecnología actual son los más fáciles de encontrar). La Vía Láctea puede albergar cientos de millones de planetas habitables. Se sabe que las moléculas orgánicas precursoras de la vida son muy comunes en el espacio. Dadas las condiciones adecuadas para el desarrollo de la vida, es probable que esta se iniciara en otros puntos del universo, aunque quizá basada en una composición química a la nuestra. Es muy probable, pues, que existan millones de planetas habitados por seres vivos La siguiente pregunta es: ¿Qué porcentaje de esos planetas habitados albergan seres inteligentes con civilizaciones técnicamente avanzadas capaces de comunicarse con nosotros? Dos factores indican que ese porcentaje puede ser elevado. En primer lugar, el hecho de que el único planeta donde sabemos con certeza que se ha desarrollado vida -el nuestro-, ha llegado a existir una civilización técnicamente avanzada. El segundo argumento es lo que los biólogos llamas “evolución convergente” El primer argumento no es muy convincente. El surgimiento de la especie humana es fruto de una sucesión afortunada de sucesos aleatorios. Si no hubiera caído un meteorito hace 65 millones de años, los reptiles aún dominarían la Tierra. ¿Cómo extraer generalizaciones de un solo caso? Veamos el segundo. La evolución convergente es un rasgo común en diversas especies, bien en su anatomía, fisiología o conducta. Los animales que vuelan, por ejemplo, han desarrollado alas. Sabemos que la convergencia ha sido notable entre las especies que pueblan la Tierra y, cabe esperar, que también se haya producido entre las especies terrícolas y las de otros planetas. Así pues, si la vida ha evolucionado hacia seres inteligentes en la Tierra, es de esperar que lo haya hecho en otros planetas. Pero la convergencia no es un proceso universal y las buenas oportunidades que ofrece la naturaleza no siempre se aprovechan. Por ejemplo, las plantas constituyen un alimento abundante, pero ningún animal superior ha desarrollado una enzima para digerir la celulosa. Los herbívoros que la digieren lo hacen gracias a los parásitos que alojan en sus intestinos. Afirma la Enciclopedia Británica: “Cuesta imaginar que la vida se haya desarrollado en otro planeta sin avanzar hacia la inteligencia”. En realidad la historia de la Tierra nos lleva a la conclusión opuesta, pues son escasísimos los animales que han desarrollado el menor interés por la inteligencia. Las especies de la Tierra mejor adaptadas son, en realidad, los insectos y las ratas, que encontraron vías más adecuadas para dominar el planeta. Por lo tanto, quizás la inteligencia es mucho más improbable de los que tradicionalmente se ha supuesto. Solo una de las miles de millones de especies terrestres ha desarrollado inteligencia . Para los expertos, si los alienígenas, técnicamente avanzados, desearan comunicarse con nosotros utilizarían ondas de radio. Pero la inteligencia y la habilidad necesaria para fabricar aparatos de radio tiene otras muchas aplicaciones, como el diseño de máquinas para el exterminio masivo de nuestros congéneres y los medios necesarios para destruir el entorno. El físico inglés Stephen Hawking suscitó un debate a escala mundial cuando planteó, en julio del 2006, en el servicio Yahoo! Answers, la siguiente pregunta: ¿Cómo puede la especie humana sobrevivir en los próximos cien años? Tras repasar las principales amenazas sobre nuestra existencia (guerra nuclear global, cambio climático, emisión de un virus letal modificado genéticamente, etc. ) concluía: “Quizá la razón de que todavía no hayamos sido visitados por los extraterrestres es que cuando una civilización alcanza nuestro nivel de desarrollo, se vuelve inestable y se destruye” Pero, ¿qué ocurriría si encontráramos a otros seres inteligentes o ellos nos encontraran a nosotros? Los astrónomos presuponen que los humanos y los monstruillos verdes se saludarían con la mayor cortesía y se enfrascarían en apasionantes conversaciones. Pero pensemos en nuestra relación con otra especie de inteligencia muy desarrollada: los chimpancés. Nos hemos dedicado a matarlos, diseccionarlos, encerrarlos en jaulas y en inyectarles el virus del sida para ver como reaccionaban.

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En el curso de la historia humana, los exploradores que descubrían pueblos menos desarrollados técnicamente se entregaban a la labor de asesinarlos, diezmar su población con nuevas enfermedades y destruir u ocupar su hábitat. Cualquier civilización que descubriera la existencia de los humanos, seguramente nos trataría del mismo modo. Los astrónomos que han enviado sondas espaciales al espacio describiendo la posición de la Tierra y a sus habitantes, se asemejan en su locura a la del emperador inca, Atahualpa, que describió a los invasores españoles, ávidos de oro, las riquezas de su capital y les proporcionó guías para acompañarles en su viaje. Si realmente existen civilizaciones avanzadas a una distancia desde la que puedan captar nuestras señales de radio, lo más prudente será que apaguemos nuestros trasmisores e intentemos evitar que nos detecten, De otro modo, nos exponemos a la catástrofe. Es improbable que haya civilizaciones como la nuestra en toda la galaxia, y ciertamente no hay ninguna a una distancia de centenares de años luz, por lo que no podríamos viajar hacia ella. Y si la mecánica cuántica, que no es todavía tan desconocida, permitiera viajes a tan largas distancia y fuera dominada por una civilización sumamente avanzada, ya nos habría mandado alguna “tarjeta de visita”. Por fortuna en el especio exterior reina un silencio ensordecedor. Nadie pone en duda la existencia de miles de millones de galaxias con miles de millones de estrellas, donde sin duda habrá alguna civilización con transmisores de radio, pero no deben ser muchas ni tampoco tendrán una vida muy larga. En la práctica, somos una especie única y solitaria en un universo superpoblado. ¡Demos gracias por ello! 1. 2. 3.

Resume los argumentos a favor que haya vida en otros puntos del universo. Resume los argumentos a favor y en contra de que exista una civilización avanzada en el espacio. ¿Por qué es insensato, para el autor, enviar sondas al espacio informando de nuestra presencia?

Condiciones para encontrar vida en un planeta El Universo es algo maravilloso y misterioso, pero también inhóspito y cruel. La Tierra es como un oasis en un inmenso desierto. La vida, que conocemos, requiere energía, carbono, agua líquida y una atmósfera que nos proteja de las radiaciones y que regule el clima. Las características de la Tierra que hacen posible la vida, y que debe reunir cualquier exoplaneta para que surja vida similar a la nuestra, son las siguientes:  Distancia correcta del planeta a la estrella. En planetas muy cercanos o muy lejanos a su estrella, la temperatura reinante no permite la existencia de agua líquida.  Una gravedad suficiente capaz de retener una atmósfera. Además, la falta de atmósfera provoca que la hidrosfera se vaporice. Marte no ha sido capaz de retener su atmósfera.  Un núcleo metálico fundido. Al girar, el núcleo genera un campo magnético que protege al planeta de las radiaciones X y gamma de la estrella.  El tiempo de vida de la estrella. La vida requiere miles de millones de años para desarrollarse y sólo las estrellas de tipo solar (medianas) presentan una actividad estable en el tiempo. Las estrellas muy masivas mueren demasiado pronto  La situación dentro de la Vía Lactea, lejos del centro galáctico, donde las explosiones de supernovas, que emiten una gran cantidad de radiación perjudicial, son mucho más frecuentes.

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TEXTO 2: ¿Se puede viajar en el tiempo? En nuestro universo, la velocidad de la luz juega el papel de velocidad infinita: representa el límite último de la velocidad cósmica. La velocidad de la luz medida experimentalmente es constante y no depende de la velocidad a la que viaje la fuente de luz ni a la velocidad que viaje el observador. Eisntein quiso responder con su teoría especial de la relatividad por qué sucede esto. Y sólo hay un modo: el espacio y el tiempo no tienen un valor absoluto sino relativo. El espacio se “contrae” y el tiempo se “dilata” de manera exacta para conseguir la misma velocidad de la luz, 300 000 km/s, en todo el universo. El comportamiento del espacio y el tiempo a velocidades muy elevadas es realmente extraño. Cada observador tiene su propia medida del tiempo: ¡Cuánto más rápido te mueves, mas despacio envejeces! A velocidades cercanas a la de la luz, el tiempo debe ralentizarse hasta casi detenerse. Es posible viajar al futuro. Es decir, la relatividad demuestra que es posible concebir una máquina del tiempo que nos permita saltar al futuro. Actualmente no disponemos de la tecnología para hacerlo, pero sabemos que en principio es factible. Nos introducimos en la máquina del tiempo, ésta produce una onda explosiva que nos acelera hasta casi la velocidad de la luz, recorremos un trecho (cuya extensión depende de cuan lejos queramos ir en el tiempo) y después regresamos. No nos debería sorprender que la máquina del tiempo sea también una nave espacial, porque, según la relatividad, tiempo y espacio están profundamente imbricados. El tiempo no está completamente separado del espacio, ni es independiente de éste sino que se combina con él para formar una entidad llamada ESPACIO-TIEMPO. Pero volvamos a nuestra nave espacial. Cuando salgamos de ella, notaremos que ha pasado más tiempo en la Tierra del que hemos notado que ha pasado para nosotros. Aunque no debe ser una gran alegría regresar de un viaje espacial unos pocos años más viejos y encontrarse con que todos los que dejamos en la tierra murieron hace miles de años. Por ello, para dar un final feliz a sus historias, los escritores de ciencia ficción han supuesto que algún día descubriríamos la manera de viajar más rápido que la luz, única forma imaginable de retroceder en el tiempo. ¿Podemos regresar al pasado? Podemos acelerar partículas hasta el 99,99 % de la velocidad de la luz, pero sea cual sea la potencia que les suministremos, no podemos hacerlas atravesar la barrera de la velocidad de la luz. Y algo semejante pasaría con las naves espaciales. Y como el viaje hacia atrás en el tiempo sólo es posible si también lo es viajar con velocidad superior a la de la luz, parece que esto prohíbe tanto el viaje espacial rápido como viajar hacia atrás en el tiempo. Sin embargo, algunos modelos científicos proponen soluciones atrevidas. Una posible manera de superar esta restricción sería deformar el espacio-tiempo para crear un agujero de gusano, un fino tubo de espacio-tiempo que puede conectar dos regiones muy distantes entre sí. Los agujeros de gusano, como cualquier otra forma posible de viajar más rápido que la luz, permitirían viajar hacia el pasado. Sin embargo, para generar un agujero de gusano se necesita energía negativa y hasta ahora nadie ha sido capaz de manipularla. Se ha sugerido que una civilización avanzada podría mantener abierto un agujero de gusano. Pero, si es así, ¿por qué nadie ha regresado del futuro y nos ha comunicado como hacerlo? Salvo que la naturaleza humana cambie radicalmente, resulta difícil pensar que algún visitante del futuro pudiera resistir la tentación de decírnoslo Una posible explicación de la ausencia de visitantes del futuro sería que el pasado está fijado; en cambio, el futuro es desconocido y abierto. Ello significaría que cualquier viaje en el tiempo estaría confinado al futuro. Si pudiéramos viajar libremente al pasado nos encontraríamos con contradicciones. Existen muchas versiones de esta paradoja. Por ejemplo, ¿Qué sucedería si regresáramos al pasado y matáramos a nuestros tatarabuelos antes de que tuvieran hijos? Lo que ocurra en el espacio-tiempo debe ser una solución coherente con las leyes de la física. Cuando retrocediéramos, no podríamos cambiar la historia registrada en los archivos: simplemente estaríamos siguiéndola. En esta visión, el pasado y el futuro están predeterminados: no tendríamos libre albedrío para hacer lo que quisiéramos. “Brevísima historia del tiempo”. Stephen Hawking

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TEXTO 3. ¿Cuándo empezó todo? Por Eduardo Punset No sabemos cuando empezó todo. Hasta hace muy poco, sabíamos con exactitud pasmosa todo lo que ocurrió después del primer segundo del comienzo de todo, hace catorce mil millones de años. Eso sí, no sabíamos nada de lo que había un segundo antes del big bang, porque estábamos convencidos de que no había nada. La teoría del origen del universo la compartíamos también con los teólogos, era compatible con las sagradas escrituras que el universo tuviera un comienzo. Antes no había nada de nada y luego Dios creó el mundo. Por una vez, científicos y místicos estaban totalmente de acuerdo: en un momento dado se produjo la explosión de una partícula que inició el tiempo y llenó el espacio de materia y energía, expandiéndose a una velocidad y una temperatura increíbles para enfriarse luego paulatinamente a lo largo de los últimos catorce mil millones de años. Todo parecía apuntar a que el universo empezó realmente así. Sobretodo desde que dos radioastrónomos de una multinacional, A. Penzias y R. W. Wilson, (1965) buscando donde instalar en el planeta una antena que no sufriera ninguna interferencia, descubrieron la llamada radiación cósmica de fondo: aunque te colocaras en el lugar más enrevesado del planeta, seguías recibiendo la radiación cósmica de fondo que dejó la explosión del big bang. La radiación cósmica de fondo era la prueba definitiva de la veracidad del big bang Pero de pronto, unos físicos que están en la vanguardia del pensamiento científico han sometido al escrutinio de sus colegas una teoría sobre el origen del cosmos totalmente distinta e igualmente plausible. Lo que hasta ahora habíamos considerado el momento preciso de la creación no sería más que la repetición de un ciclo infinito de colisiones colosales entre nuestro mundo y un universo invisible y paralelo. El universo visible no sería más que una pequeñísima parte de una realidad más amplia que no podemos ver porque existen otras dimensiones – seis, más allá de las tres espaciales a que estamos acostumbrados-. Nuestro universo podría ser uno de los muchos que pueblan un espacio de muchas dimensiones (multiuniverso) fuera de nuestro alcance, ya que no es posible cruzar el hiperespacio que los separa. Según la nueva teoría cíclica del universo, no es cierto que el tiempo se iniciara con el último big bang. El tiempo ya existiría porque es infinito y presentaría una serie consecutiva de colisiones cada trillón de años entre nuestro mundo y los otros universos.

El Universo es un lugar violento donde suceden grandes cataclismos.

Existen antecedentes de esta visión del tiempo. En la literatura hindú, por ejemplo, la cosmología estaba ya basada en un universo cíclico. Y Isaac Newton, dentro del pensamiento occidental estableció hace más de 300 años, que el tiempo no tenía principio ni fin, que se extendía desde un pasado infinito hasta un futuro también infinito. Pero Albert Einstein, con la relatividad general (1915), superó este concepto del mundo. De su teoría de deducía un universo en expansión desde una singularidad primigenia. Por no hablar de su revolucionaria idea de que el tiempo y el espacio forman una unidad indisoluble. ¿Por qué es tan atractiva la idea de un cosmos cíclico que se repite eternamente? Si el universo tiene un comienzo, tienes que explicar cuando y cómo empezó. Un universo cíclico, en cambio, es eterno y su comienzo no requiere explicación alguna. Cuestiones 1. Resume en 3-4 líneas cada uno de los dos modelos propuestos para el origen del universo. 2. ¿Qué antecedentes cita el texto de la idea de un tiempo infinito? 3. ¿Cuál es la base científica, según el texto, de la teoría del big bang? 4. ¿Crees que ateos y creyentes ven con igual simpatía ambas teorías? Explica

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TEXTO 4: Agujeros negros La existencia de agujeros negros es, quizá, la más extraña de todas las predicciones de la relatividad general. Un agujero negro es una región del espacio-tiempo donde la gravedad es tan fuerte que ni si quiera la luz puede escapar, de ahí su negrura. Y “región del espacio-tiempo” es la expresión adecuada ya que la masa de la estrella se ha ido. ¿Cómo puede haber gravedad sin masa? Bueno, la gravedad es generada también por todas las formas de energía. En el caso del agujero negro, su propia gravedad crea más gravedad, y esta gravedad adicional crea más gravedad. . . por lo que el agujero se regenera así mismo como un hombre que se sostiene a así mismo en el aire por los cordones de sus botas. Desde el punto de vista del espacio-tiempo, un agujero negro es literalmente un agujero. Mientras una estrella como el Sol crea un mero hoyuelo en el espacio-tiempo circundante, un agujero negro produce un pozo sin fondo en el que la materia cae pero de la que nunca puede escapar. A causa de su enorme gravedad, los agujeros negros ponen de manifiesto los efectos más espectaculares de la relatividad general. Están rodeados de una superficie como horizonte de sucesos que marca el punto de no retorno para los objetos que deambulan demasiado cerca del agujero negro. Si nos acercamos al horizonte de sucesos, podríamos ver la parte de atrás de la cabeza, porque la luz de atrás se desviaría y daría la vuelta al agujero antes de alcanzar nuestros ojos. Si pudiéramos, de algún modo, planear justo en el exterior del horizonte de sucesos, el tiempo pasaría tan despacio que, en teoría, podríamos ver todo el futuro del universo pasando ante nosotros como una película a cámara rápida. Aunque esta situación no es nada realista: en las proximidades del horizonte de sucesos, la diferencia entre las fuerzas gravitatorias en los pies y la cabeza empezaría a ser tan intensa que despedazaría al observador.

TEXTO 5: Las palabras que se atribuyen a Galileo, las pronunciase o no, se han convertido en el símbolo de la razón científica frente a la sinrazón de los prejuicios. Galileo debió soportar un largo y agotador juicio en el que la inquisición le acusaba de defender el sistema copernicano. Fue condenado a reclusión perpetua en su villa natal. Isaac Asimov lo cuenta en su libro Momentos estelares de la Ciencia: “Lentamente el anciano se postró de rodillas ante los jueces de la Inquisición. Con la cabeza inclinada hacia delante, recitó en voz cansina la fórmula de rigor: negó que el Sol fuese el centro del universo y admitió que había sido un error enseñarlo así; negó que la Tierra girase en torno a su eje y alrededor del Sol, y admitió que había sido un error enseñarlo así. . . Cuando terminó, se puso en pie, después de jurar que la Tierra estaba quieta, y dijo algo en voz baja. Según la leyenda, sus palabras fueron “Eppur si muove” que se traduce como “Y sin embargo se mueve”. En octubre de 1992, el papa Juan Pablo II proclamó que la Iglesia se había equivocado al condenar a Galileo.

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