Coma cada día, mi colaboración con el Nodo Español del Año Internacional de la Astronomía que, en España se denomina AIA-IYA2009, aquí dejo algunos datos que, sin duda alguna, os vendrá muy bien para conocer mejor nuestro Universo. Ese es el objetivo perseguido por esta celebración que el Universo llegue a todos. Entremos en materia.

Hay que entender que el espacio-tiempo es la descripción en cuatro dimensiones del universo en la que la posición de un objeto se especifica por tres coordenadas en el espacio y una en el tiempo.

De acuerdo con la relatividad especial, no existe un tiempo absoluto que pueda ser medido con independencia del observador, de manera que eventos simultáneos para un observador ocurren en instantes diferentes vistos desde otro lugar. El tiempo puede ser medido, por tanto, de manera relativa, como lo son las posiciones en el espacio (Euclides) tridimensional, y esto puede conseguirse mediante el concepto de espacio-tiempo. La trayectoria de un objeto en el espacio-tiempo se denomina por el nombre de línea de universo. La relatividad general nos explica lo que es un espacio-tiempo curvo con las posiciones y movimientos de las partículas de materia.

La curvatura del espacio-tiempo es la propiedad del espacio-tiempo en la que las leyes familiares de la geometría no son aplicables en regiones donde los campos gravitatorios son intensos. La relatividad general de Einstein, nos explica y demuestra que el espacio-tiempo está íntimamente relacionado con la distribución de materia en el universo, y nos dice que el espacio se curva en presencia de masas considerables como planetas, estrellas o galaxias (entre otros).

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Como cada día, hoy hablamos aquí del Universo y de cuestiones que con él están relacionadas, y, como nosotros formamos parte de éste inmenso Cosmos, nuestra curiosidad nos lleva a formular preguntas tales como: ¿De donde surgió la vida? ¿Qué circunstancias se dieron para que hacerla posible? ¿Es la materia verdaderamente inerte?. Creo que todas las cosas están en camino hacia alguna parte.

Ante estas complejas cuestiones, el hecho mismo de que estemos aquí para plantearlas, como seres racionales y pensantes, es un auténtico milagro, ya que significa que deben haber ocurrido, necesariamente, complejas secuencias de sucesos para que a partir de la materia “inerte”, la mezcla de materiales complejos en condiciones excepcionales, hiciera surgir la vida.

Reparando en estas coincidencias cósmicas, el físico Freeman Dyson escribió en cierta ocasión: “Cuando miramos en el universo e identificamos los muchos accidentes de la física y la astronomía que han colaborado en nuestro beneficio, casi parece que el universo debe haber sabido, en cierto sentido, que nosotros íbamos a venir“.

Particularmente, creo que la vida llegó a este planeta por una serie de circunstancias muy especiales: tamaño, temperatura y distancia al Sol (idónea para no morir congelados o asados por una temperatura extrema), su atmósfera primitiva, las chimeneas marinas, la mezcla de elementos, y su transformación evolutiva, el oxígeno, la capa de ozono, los mares y océanos ¡el agua!, etc, etc.

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El Año Internacional de la Astronomía, se ha impuesto, entre sus muchos objetivos, el de llevar el Universo a todos. Explicar lo que es y lo que en él ocurre. Generalmente, la gente sencilla no sabe, en realidad, como se forman y nacen las estrellas, como viven y al final de sus “vidas” que es lo que ocurre, en que se transforman y que ocurre con su material, igualmente ocurre con el origen de las Nebulosas, y como son los mecanismos que rigen en las galaxias y las fuerzas que están presentes a lo largo y a lo ancho de todo el Cosmos.

Si preguntamos por el significado del Big Bang, la expansión del universo, cómo nacen y mueren las estrellas, qué es una singularidad, a qué se refiere la libertad asintótica de los quarks, qué son los nucleones, qué significan las constantes universales, qué es la mecánica quántica, el modelo estándar, la relatividad general, el significado de E = mc², el principio de incertidumbre, la función de onda de Schrödinger, la exclusión de Pauli, el cuanto de acción, h, o el límite, la energía o tiempo de Planck…, cualquiera de estas cuestiones, todas tan importantes, serán desconocidas para el 99’99% de los encuestados. ¡Una auténtica calamidad!

Esa es la penosa realidad en la que estamos inmersos. Esas personas desconocedoras de las preguntas que antes enumeramos, sí podrían contestar, en cambio, cualquier tema que se les plantee sobre cuestiones mundanas e intrascendentes. Ninguna pregunta contestarán sobre, por ejemplo, una estrella supermasiva.

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La colaboración con el Año Internacional de la Astronomía 2009 (AIA-IYA2009) para España, está teniendo muy buena acogida, muchas personas (más de las que en un principio pudiéramos pensar), están interesadas en saber, así que, el objetivo se va cumpliendo y poco a poco, acercaremos a todos el conocimiento del Universo. Ahora sigamos donde ayer lo dejamos.

GALILEO, EL PALADÍN DE LA REVOLUCIÓN

Copérnico, Brahe, Kepler y sus revolucionarias innovaciones no consiguieron acabar con la tradición tolemaica popular, ya fuera porque escribían en latín y su saber llegaba sólo a otros especialistas, ya porque se limitaban a exponer sus hipótesis sin pretender imponerlas a sus contemporáneos.

Las dudas abundaban: aunque el nuevo modelo se apoyara en datos concretos, si la Tierra se moviera, todo lo que se hallara sobre su superficie tendría que salir disparado. Una cosa era crear modelos y otra explicar algo tan extraño como eso. Pero llegó Galileo Galilei (1564-1642), con su talante agudo y anticonformista. Este italiano orgulloso, irónico, polémico, literato y físico, amante de la discusión, gran trabajador y excelente artesano, creador de nuevos instrumentos y experimentos, iba a sentar los fundamentos de la física moderna e idear el método científico que abriría las puertas a la era moderna.

Al principio trabajaba con imanes, termómetros, con el movimiento y la mecánica, deducía leyes y afirmaba que los cuerpos tienden a caer por el efecto de la gravedad.- Creía que los movimientos planetarios eran naturales, uniformes y circulares, en contraposición a la teoría de Kepler, quien le había mandado su Misterio cósmico, y criticaba su confianza ciega en los datos de Brahe: Galilei argumentaba que alguien capaz de realizar instrumentos y experimentos debía conocer lo inexactas que podían ser las mediciones. Estaba convencido de que la realidad sólo podía conocerse a través de experimentos ideales, extrapolados a partir de lo obtenido mejorando al máximo los instrumentos.

Revolucionó el modo de estudiar la física. Introdujo los conceptos de velocidad, velocidad media y aceleración, y analizó las leyes del movimiento sustituyendo la antigua filosofía aristotélica, puramente especulativa, por una nueva racionalidad. Se basó en la observación de fenómenos y en datos obtenidos con experimentos y razonamientos matemáticos y geométricos que permitían extrapolar las experiencias ideales a partir de experimentos reales.

Observaba el cielo con su telescopio y había descubierto un universo desconocido: la Luna no era lisa como se pensaba desde hacía dos mil años, sino que se parecía a la Tierra, con llanuras, montañas y mares; las estrellas visibles eran sólo una pequeñísima parte de la que forman la Vía Láctea, que de hecho no era una nube, sino una agrupación de multitud de estrellas. Además descubrió cuatro pequeños planetas alrededor de Júpiter y se los dedicó a Cosme II, gran duque de Toscaza. Por primera vez en la historia se anunció un descubrimiento exterior a la Tierra realizado con un instrumento y no con la imaginación.

Galileo observó las fases de Venus, un fenómeno que no hallaba explicación en el sistema tolemaico y que confirmaba las teorías de Copérnico y Kepler. Observó durante dos años la migración de las manchas solares, sus cambios y variaciones numéricas, y concluyó que formaban parte del Sol y que el Sol rotaba alrededor de su eje. Era inadmisible: si el Sol era un cuerpo perfecto, ¿cómo iba a tener manchas o a moverse? Muchos protestaron. ¿Cómo iba a haber más de siete planetas si siete son los días de la Creación, los pecados capitales o las virtudes teológicas…? Hasta Kepler dudaba de lo que Galileo declaraba haber visto; al igual que otros, se preguntó por qué Dios habría creado un mundo de objetos que nadie podía ver. La Academia negó la autenticidad del instrumento porque, aunque las lentes existían desde hacía siglos, se sabía que distorsionaban lo observado con reflexiones, luces inexistentes, efectos extraños e ilusiones ópticas.

Pero Galileo sabía que tenía razón y construyó decenas de telescopios para regalárselos a sus amigos, expertos y príncipes de toda Europa. Kepler pudo observar lo mismo que Galileo y se entusiasmó tanto que unos meses después publicó Dióptrica, un tratado sobre la teoría geométrica de las lentes que explica el funcionamiento del telescopio y el principio del teleobjetivo. Era la primavera de 1611 cuando, tras un milenio de oscuridad, dos genios iluminaron el espacio. El telescopio refractor se convirtió a todos los efectos en una prolongación de los ojos.

Pero la actitud de Galileo era errónea. Con la seguridad que le otorgaban sus observaciones y conclusiones pretendía saber más que Aristóteles y que cualquier otro, y afirmaba que su método científico era la única forma de investigación válida. Su presuntuosidad no tenía límites cuando sentenciaba que las diferencias con las Escrituras se debían a errores de interpretación, porque lo que los descubrimientos científicos mostraban era obra de Dios y Dios no podía contradecirse así mismo. Fue un desafío a los tradicionalistas y a la Iglesia.

El mundo académico y el poder eclesiástico entendieron el poder demoledor de semejante afirmaciones e intentaron silenciarlo prohibiéndole dar clases y apoyar la teoría copernicana.

Y Galileo calló… por poco tiempo. En 1623 dedicó a su amigo Maffeo Barberini –el Papa Urbano VIII-, Il Saggiatore, la primera obra en lengua romance, que se convirtió en piedra angular de la ciencia moderna. En ella invitaba a estudiar la naturaleza con humildad, cordura e imaginación, observando y preguntándose, distinguiendo entre realidad y apariencia, objetividad, y subjetividad; añadía que las matemáticas, la geometría y el razonamiento racional eran los únicos medios de extrapolar de la realidad imperfecta las leyes ideales que regulaban la creación. Era la nueva filosofía del conocimiento.

Poco después, publicó diálogos sobre los sistemas máximos del mundo (tolemaico y copernicano), donde el temerario Galileo cometió dos errores gravísimos. Primero, afirmó que las mareas se debían a la rotación de la Tierra: Un tema prohibido. Pero el más grave fue mofarse del Papa, quien había sido muy claro: Dios omnipotente puede hacer que ocurra cuanto desea y los fenómenos pueden ocurrir de mil formas; por ello, la observación de los hechos naturales no pueden llevar al conocimiento de la verdad.

Simplicio, encarnación de la obtusa mentalidad aristotélica y observadora, digna de todo desprecio, declaró, que si bien la hipótesis de la rotación de la Tierra para explicar las mareas parecía la mejor, había que rechazarla a favor de una “consolidadísima doctrina, enseñada por personas doctísimas y eminentísimas, que es de obligación acatar”. Contemporáneamente, Salviati, portavoz de las convicciones galileanas, respaldaba que el hombre pudiera alcanzar un conocimiento sobre la creación igual al de Dios: “De los escasos ente4ndimientos que el intelecto humano, creo que el de la cognición iguala al divino en certeza objetiva, puesto que llega a comprender la necesidad, sobre la que no aparece que haya seguridad mayor”.

Justo lo contrario de lo que afirmaba el Papa. Todas las victimas de insultos y burlas de Galileo comprendieron que había llegado la hora de la venganza. El libro era un ataque a la Iglesia, a su autoridad sobre la ciencia, a su infalibilidad, y además, por estar escrito en italiano, cualquiera que supiera leer podía acceder a estas ideas subversivas y diabólicas. La condena sólo podía ser ejemplar. Galileo estuvo a punto de ser condenado a la hoguera, donde recientemente había acabado Giordano Bruno. Pero, por suerte, sintió miedo, o quizá comprendiera que la razón no vale con los locos o entendiera que no podía seguir contando con sus grandes protectores, o quizás se convenciera de que, si quería avanzar con otras ideas, valía la pena inclinar la cabeza.

Se sometió a la Iglesia y se mostró humilde y arrepentido. Pidió comprensión por su decadente vejez, pero a pesar de ello fue juzgado con vehemencia, acusado de sospecha de herejía, y fue obligado a confesar públicamente: “Maldigo y detesto los antedichos errores y herejías”. En la actualidad, diríamos que fue condenado a arresto domiciliario; su obra fue prohibida e incluida en el índice, junto a la de Copérnico y Kepler. En 1.637 perdió la vista por completo, aunque no por ello dejó de trabajar. Halló elementos de apoyo para su nuevo método y negó la física aristotélica basada en la imaginación. A pesar de su escasa salud, el trabajo que desempeñó en los últimos años de vida fue su máxima contribución a la física. Consideraciones y demostraciones matemáticas sobre dos nuevas ciencias, referidas a la mecánica y a los movimientos locales, fue su penúltima obra, donde definiciones, conceptos, teoremas, demostraciones y corolarios forman el cuerpo coherente de la nueva física, donde plantea todos los problemas que deberían afrontarse y resolverse en los decenios siguientes por sus discípulos y expertos hasta llegar a Newton.

El 8 de enero de 1642 murió. La curia romana paralizó el proyecto de construir una sepultura solemne en la capilla de la Santa Cruz de Florencia para “no escandalizar a los buenos” y “no ofender la reputación” de la Santa Inquisición. Sus obras estuvieron prohibidas hasta 1.757. Por fortuna, esta prohibición fue repetidamente trasgredida y el trabajo de Galileo devino rápidamente en fermento de nuevas y fecundas ideas.

NEWTON Y LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL. 

En el mismo año en que Galileo murió, nació en Inglaterra Isaac Newton (1642-1727). El recopiló todos los conocimientos de sus predecesores y contemporáneos para diseñar el universo que conocemos. En una Inglaterra desangrada por la guerra, Newton estudió en el Colegio de la Santa Trinidad de Cambridge, donde tenía a disposición una surtida biblioteca que le permitió elaborar el método de las series infinitas que sería el primer paso hacia el cálculo infinitesimal. Pero la peste bubónica obligó a cerrar la Universidad y Newton tuvo que regresar a su pueblo, donde, en dos años, inventó el cálculo de las fluxiones (derivadas e integrales), experimento sobre los colores de la luz y desarrolló una teoría corpuscular opuesta a la ondulatoria de Huygens y Hooke e inventó el telescopio reflector.

Estaba convencido de que todos los movimientos tenían algo en común, y que si la naturaleza de los cuerpos celestes es análoga a la de la Tierra, como afirmaba Galileo, todos los cuerpos celestes debían tener una “gravedad” como la Tierra. Kepler había pensado que una fuerza magnética mantenía unidos los planetas al Sol, pero quizá fuera la Gravedad. Newton no fue el único que barajaba esta idea: Boulliau  sugería que la gravedad es proporcional a la masa e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia (1645); Hooke avanzó la hipótesis de que los planetas están sometidos a una atracción recíproca que origina su movimiento (1674) y que la atracción entre el Sol y los planetas es inversamente proporcional a la distancia que los separa (1679) pero nadie tenía las ideas tan claras y tan matemáticamente delineadas como Newton.

Así, en 1687 publicó Philosophiae Naturales Principia Mathemática (“Principios Matemáticos de la Filosofía Natural”), que introdujo la Física teórica a la ciencia, organizó de forma definitiva la Mecánica y definió la Ley de Gravitación. Este se convirtió en uno de los libros fundamentales de la historia de la humanidad. Newton constató la inevitable existencia de esta misteriosa “acción a distancia”, inaceptable desde el punto de vista filosófico. Estableció una Ley universal: Dos cuerpos se atraen con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Las leyes empíricas de Kepler son consecuencia lógica de esta ley o, incluso, podíamos decir que esta ley perfecciona la tercera ley de Kepler, porque permite evaluar la influencia de la masa en cada planeta, una precisión que Kepler olvidó a favor de la del Sol.

Negar la idea copernicana se había convertido en una tarea realmente difícil. Esta sencilla ley resolvía muchos problemas astronómicos: la forma y la velocidad de la órbita de los planetas y cometas alrededor del Sol y de los satélites alrededor de los planetas, la sucesión de equinoccios, la forma de la Tierra, los movimientos de los objetos en esta, las mareas…

Se consolidó la percepción de que todo fenómeno estaba regulado por unas pocas leyes naturales fundamentales que pueden determinarse con la observación y la experimentación, y que se traducen en sencillas fórmulas matemáticas, como avanzó Galileo. En el prefacio del tercer libro de los Principia, Newton expuso las cuatro reglas que describían esta nueva actitud:

1. “De las cosas naturales no deben admitirse causas más numerosas que las que son reales y suficientes para explicar los fenómenos”.
2. “Por ello, y mientras pueda hacerse, las mismas causas deberán atribuirse a efectos naturales del mismo fenómeno”.
3. “Las cualidades de los cuerpos que no pueden ser aumentadas ni disminuidas, y las que pertenecen a todos los cuerpos con los que se pueden realizar  experimentos, deberán ser consideradas cualidades de todos los cuerpos.”
4. “En la filosofía experimental, los supuestos obtenidos por inducción de los fenómenos, a pesar de las hipótesis contrarias, deben considerarse ciertos o tenerse en cuenta al menos hasta que aparezcan nuevos fenómenos con los que estos puedan hacerse más exactos o verse sujetos a excepciones.”

La teoría newtoniana serviría de base para el desarrollo de toda la mecánica. Ni siquiera la teoría de la relatividad conseguiría desbaratarla. Todo nuestro mundo, el Sistema solar, la Física de la Galaxia, sigue siendo  -a pequeña escala- newtoniano.

A pesar de ello, muchos rechazaron las ideas de Newton, y no solo por rivalidad personal:  Leibniz, Kant, y, Goethe fueron detractores implacables. Hegel llegó a afirmar: “Las impropiedades y las incorrecciones de las observaciones y de los experimentos […] así como la falta de solidez de éstos y, aún más, tal como Goethe ha demostrado, su mala fe […]. También cabe citar la mala calidad de los razonamientos, ilaciones y demostraciones realizadas mediante datos empíricos impuros”.

Newton, cansado de controversias, mezquindades y polémicas suscitadas tras la publicación de su teoría sobre la composición de los colores, renunció a publicar las Lecciones de óptica y se dedicó básicamente a estudios teológicos y alquímicos hasta 1684. A pesar de ello, a su muerte se le tributaron honores fastuosos.

Mañana, amigos seguiremos con:

KIRCHHOFF Y LA QUÍMICA  DE LAS ESTRELLAS.

emilio silvera

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Si la teoría del Bing Bang es correcta, como parece que lo es, debe de existir una gran proporción de materia oscura en forma no bariónica (que no podemos ver), quizás axiones, fotinos o neutrinos masivos, supervivientes de las etapas tempranas del Big Bang y, ¿por qué no?, también podríamos suponer que la materia oscura que tanto nos preocupa pudiera estar encerrada dentro de las singularidades de tantos y tantos agujeros negros que se han debido formar a lo largo de los 13.500 millones de años que es la edad del universo.

Los agujeros negros, cuya existencia se dedujo por Schwarzschild en 1.916 a partir de las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, son objetos supermasivos, invisibles a nuestra vista (de ahí su nombre) del que no escapa ni la luz; tal es la fuerza gravitatoria que generan que incluso engullen la materia de sus vecinas, objetos estelares como estrellas que osan traspasar el cinturón de seguridad que llamamos horizonte de sucesos.

Pues bien, si en el universo existen innumerables agujeros negros, por qué no creer que sean uno de los candidatos más firmes para que sea la buscada “materia oscura”.

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