Cosmología

La cosmología ( cosmos + logos ) es una rama de la astronomía que estudia las propiedades y la evolución del universo como un todo. Las matemáticas , la física y la astronomía forman la base de esta disciplina .

Historia de la cosmología

Las primeras formas de cosmología eran mitos religiosos sobre la creación ( cosmogonía ) y la destrucción ( escatología ) del mundo existente.

China

Los hallazgos arqueológicos permiten afirmar que el caparazón de una tortuga terrestre , cuyos escudos dividen el plano de la tierra en cuadrados, podría considerarse el prototipo del cosmos.

En el modelo más antiguo de la cosmología china presentado textualmente , se creía que la Tierra estaba cubierta por el cielo como el dosel de un carro , y este dosel gira en un plano horizontal, como un paraguas (el llamado gaitian蓋天modelo, también llamado Zhoubi  - por el nombre de un tratado matemático, que describe los cálculos de acuerdo con este modelo). A mediados de la dinastía Han, este modelo estaba siendo cuestionado por las observaciones astronómicas. Fue reemplazada por la idea de la esfericidad del cosmos que rodea la Tierra ( modelo huntian浑天). ESTÁ BIEN. 180 dC mi. Cai Yong también menciona un tercer modelo, xuanye宣夜, pero no hay información al respecto en su época.

Antigüedad europea

Algunos científicos griegos antiguos defendieron el sistema geocéntrico del mundo , según el cual en el centro del Universo hay una Tierra esférica e inmóvil, alrededor de la cual giran cinco planetas, el Sol y la Luna . El sistema heliocéntrico del mundo propuesto por Aristarco de Samos , aparentemente, no recibió el apoyo de la mayoría de los astrónomos griegos antiguos.

El mundo se consideraba limitado por la esfera de estrellas fijas [1] . A veces se añadía otra esfera, responsable de la precesión . El tema de controversia fue la cuestión de qué hay fuera del mundo: los peripatéticos , siguiendo a Aristóteles , creían que no había nada fuera del mundo (ni materia ni espacio), los estoicos creían que había un espacio vacío infinito, los atomistas ( Leucipo , Demócrito , Metrodoro , Epicuro , Lucrecio ) creían que existen otros mundos fuera del nuestro. Se destacan las opiniones de Heraclid Pontus , según las cuales las estrellas son mundos distantes, incluidos la tierra y el aire; él, como los atomistas, creía que el universo era infinito. Al final de la antigüedad, apareció la enseñanza religiosa y mística del hermetismo , según la cual fuera del mundo puede haber un área de seres no materiales: los espíritus [2] .

Muchos presocráticos creían que el movimiento de las luminarias estaba controlado por un torbellino gigante que dio origen al universo. Sin embargo, después de Aristóteles, la mayoría de los astrónomos antiguos creían que los planetas eran transportados en su movimiento por esferas materiales, que consisten en un elemento celestial especial: el éter , cuyas propiedades no tienen nada que ver con los elementos tierra, agua, aire y fuego , que forman el "mundo sublunar". Existía una opinión generalizada sobre la naturaleza divina de las esferas celestes o luminarias, su animación.

Edad Media

En la Edad Media, la astronomía y la filosofía tanto en países cristianos como musulmanes estuvo dominada por la cosmología de Aristóteles , complementada por la teoría ptolemaica del movimiento de los planetas, junto con la idea de las esferas celestes materiales. Algunos filósofos de los siglos XIII-XIV. creía que el Dios infinitamente omnipotente podía crear, además del nuestro, otros mundos [3] [4] ; sin embargo, esta posibilidad se consideró puramente hipotética: aunque Dios podría crear otros mundos, no lo hizo. Algunos filósofos (por ejemplo, Thomas Bradwardine y Nicholas Orem ) creían que más allá de nuestro mundo existe un espacio infinito que sirve como morada de Dios (una modificación de la cosmología de los herméticos, quienes también consideraban que el espacio extramundano estaba relacionado a la esfera espiritual [5] ).

Renacimiento

Un carácter innovador es la cosmología de Nicolás de Cusa , expuesta en el tratado De la ignorancia docta . Asumió la unidad material del Universo y consideró a la Tierra como uno de los planetas, también en movimiento; los cuerpos celestes están habitados, como lo está nuestra Tierra, y todo observador del Universo con igual razón puede considerarse inmóvil. En su opinión, el Universo es ilimitado, pero finito, ya que el infinito sólo puede ser propio de Dios. Al mismo tiempo, en Cusan se conservan muchos elementos de la cosmología medieval, incluida la creencia en la existencia de esferas celestes, incluida la exterior, la esfera de estrellas fijas. Sin embargo, estas "esferas" no son absolutamente redondas, su rotación no es uniforme, los ejes de rotación no ocupan una posición fija en el espacio. Como resultado, el mundo no tiene un centro absoluto y un límite claro (probablemente, es en este sentido que debe entenderse la tesis de Kuzanz sobre la infinidad del Universo) [6] .

La primera mitad del siglo XVI estuvo marcada por el surgimiento de un nuevo sistema heliocéntrico del mundo por parte de Nicolás Copérnico. Copérnico colocó al Sol en el centro del mundo, alrededor del cual giraban los planetas (incluida la Tierra, que también giraba alrededor de su eje). Copérnico todavía consideraba que el universo era una esfera limitada de estrellas fijas; al parecer, mantuvo su creencia en la existencia de esferas celestes [7] .

Una modificación del sistema copernicano fue el sistema de Thomas Digges , en el que las estrellas no se ubican en la misma esfera, sino a diferentes distancias desde la Tierra hasta el infinito. Algunos filósofos ( Francesco Patrici , Jan de Essen ) tomaron prestado solo un elemento de las enseñanzas de Copérnico: la rotación de la Tierra alrededor de su eje, considerando también las estrellas dispersas en el Universo hasta el infinito. Los puntos de vista de estos pensadores tienen rastros de la influencia del hermetismo, ya que ellos consideraban que la región del Universo fuera del sistema solar era el mundo no material, el hábitat de Dios y los ángeles [8] [9] [10] .

El filósofo italiano Giordano Bruno dio un paso decisivo desde el heliocentrismo a un universo infinito , uniformemente lleno de estrellas . Según Bruno, visto desde todos los puntos, el universo debería verse más o menos igual. De todos los pensadores de los tiempos modernos, fue el primero en sugerir que las estrellas son soles distantes y que las leyes físicas son las mismas en todo el espacio infinito e ilimitado [11] . A finales del siglo XVI, William Gilbert también defendió la infinitud del universo . A mediados de la segunda mitad del siglo XVII, las opiniones de Bruno fueron apoyadas por René Descartes , Otto von Guericke y Christian Huygens .

El surgimiento de la cosmología moderna

El surgimiento de la cosmología moderna está asociado con el desarrollo en el siglo XX de la teoría general de la relatividad (RG) de Einstein y la física de partículas . Einstein publicó el primer estudio sobre este tema basado en la relatividad general en 1917 bajo el título Consideraciones cosmológicas de la teoría general de la relatividad. En él, introdujo 3 supuestos: el Universo es homogéneo, isotrópico y estacionario. Para cumplir con este último requisito, Einstein introdujo un " término cosmológico " adicional en las ecuaciones del campo gravitacional . La solución que recibió significaba que el Universo tiene un volumen finito (cerrado) y una curvatura positiva .

En 1922, A. A. Fridman propuso una solución no estacionaria a la ecuación de Einstein , en la que el Universo isótropo se expandía a partir de una singularidad inicial . El descubrimiento del corrimiento al rojo cosmológico de las galaxias en 1929 por E. Hubble confirmó la teoría de un universo no estacionario . Por lo tanto, la teoría ahora generalmente aceptada del Big Bang entró en vigor .

Era del Universo

La edad del universo es el tiempo transcurrido desde el Big Bang . Según datos científicos modernos ( resultados WMAP 9), es de 13 830 ± 0 750 millones de años [12] . Los nuevos datos del poderoso telescopio satelital Planck de la Agencia Espacial Europea muestran que la edad del universo es de 13,798 ± 0,037 mil millones de años ( intervalo de confianza del 68% ) [13] [14] [15] .

La estimación moderna de la edad del Universo se basa en uno de los modelos más comunes del Universo, el llamado modelo cosmológico estándar ΛCDM .

Las principales etapas en el desarrollo del universo

De gran importancia para determinar la edad del Universo es la periodización de los principales procesos que ocurren en el Universo. Actualmente se acepta la siguiente periodización [16] :

• La época más temprana sobre la que existe especulación teórica es el tiempo de Planck ( 10 −43 s después del Big Bang ). En este momento, la interacción gravitatoria se separó del resto de las interacciones fundamentales . Según los conceptos modernos, esta época de la cosmología cuántica duró hasta aproximadamente 10 −11 s después del Big Bang.
• La próxima época se caracteriza por el nacimiento de las partículas originales de los quarks y la separación de los tipos de interacciones. Esta época duró hasta tiempos del orden de 10 −2 s después del Big Bang. En la actualidad, ya existen posibilidades para una descripción física suficientemente detallada de los procesos de este período.
• La era moderna de la cosmología estándar comenzó 0,01 segundos después del Big Bang y continúa hasta el día de hoy. Durante este período se formaron los núcleos de los elementos primarios, surgieron las estrellas, las galaxias y el sistema solar .

Un hito importante en la historia del desarrollo del Universo en esta era es la era de la recombinación , cuando la materia del Universo en expansión se volvió transparente a la radiación. Según los conceptos modernos, esto sucedió 380 mil años después del Big Bang. En la actualidad, podemos observar esta radiación en forma de fondo reliquia , que es la confirmación experimental más importante de los modelos existentes del Universo.

"Planck"

" Planck " es una nave espacial de la Agencia Espacial Europea (ESA) diseñada para estudiar las variaciones en el fondo cósmico de microondas, la radiación de fondo cósmico de microondas formada como resultado del Big Bang en el momento del nacimiento del Universo .

La información recopilada por Planck permitió a los científicos construir el mapa más detallado de fluctuaciones de temperatura en la distribución de la radiación de microondas en la esfera celeste hasta la fecha. Anteriormente, se construyó un mapa similar utilizando los datos WMAP de la NASA , pero su resolución era inferior a los datos obtenidos por Planck.

Los datos de Planck mostraron que la distribución de temperatura del CMB sobre la esfera celeste corresponde a fluctuaciones completamente aleatorias con una distribución normal . Los parámetros de la función que describe la distribución medida son consistentes con el modelo del Universo, que consiste en:

• 4.9% de materia ordinaria,
• 26,8% de la llamada materia oscura (posiblemente de partículas supersimétricas pesadas hipotéticas ) y
• 68,3% de la aún más misteriosa energía oscura que provoca la expansión acelerada del universo.

Entre otros parámetros, a partir del "Planck" se determinan datos (basados ​​en el modelo ΛCDM , es decir, el modelo cosmológico de Friedmann con el término Λ y materia oscura fría English Cold Dark Matter )  

• edad del Universo : (13.787±0.020)⋅10 9 años;
• Constante de Hubble : 67,66±0,42 km/s/ Mpc ;
• densidad bariónica actual : (0.02242±0.00014)⋅10 −7 cm −3 ;
• densidad de materia oscura fría: 0.11933±0.00091
• espesor óptico de la dispersión de Thomson debido a la reionización: 0.0561±0.0071
• espectro de potencia de perturbación de curvatura: 3.047±0.014
• índice espectral escalar: 0.9665±0.0038
• densidad de energía oscura: 0.6889±0.0056
• densidad de materia: 0.3111±0.0056
• fluctuaciones de densidad a las 8h −1 Mpc: 0.825±0.011
• tamaño del horizonte de sonido acompañante en z = z * (Mpc): 144.57±0.22
• Escala angular del horizonte sonoro 100× en la última dispersión: 1,04119±0,00029
• corrimiento al rojo con profundidad óptica de arrastre bariónico = 1: 1060.01±0.29
• tamaño del horizonte de sonido acompañante en z = impedancia z : 147.21±0.23

WMAP

WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) es una nave espacial de la NASA diseñada para estudiar la radiación cósmica de fondo de microondas formada como resultado del Big Bang en el momento del nacimiento del Universo .

La información recopilada por WMAP permitió a los científicos construir el mapa más detallado de las fluctuaciones de temperatura en la distribución de la radiación de microondas en la esfera celeste hasta la fecha. Anteriormente, se construyó un mapa similar utilizando datos COBE de la NASA , pero su resolución era significativamente -35 veces- inferior a los datos obtenidos por WMAP.

Los datos de WMAP mostraron que la distribución de temperatura CMB sobre la esfera celeste corresponde a fluctuaciones completamente aleatorias con una distribución normal . Los parámetros de la función que describe la distribución medida son consistentes con el modelo del Universo, que consiste en:

• 4% de materia ordinaria,
• 23% de la llamada materia oscura (posiblemente de partículas supersimétricas pesadas hipotéticas ) y
• 73% de la aún más misteriosa energía oscura que causa la expansión acelerada del universo.

Los datos de WMAP sugieren que la materia oscura es fría (es decir, está compuesta de partículas pesadas y no de neutrinos ni de ninguna otra partícula ligera). De lo contrario, las partículas de luz que se mueven a velocidades relativistas desdibujarían las pequeñas fluctuaciones de densidad en el universo primitivo.

Entre otros parámetros, a partir de los datos WMAP se determinan (basados ​​en el modelo ΛCDM , es decir, el modelo cosmológico de Friedmann con el término Λ y materia oscura fría English Cold Dark Matter ) [17] :  

• edad del Universo : (13.73 ± 0.12)⋅10 9 años;
• Constante de Hubble : 71 ± 4 km/s/ Mpc ;
• densidad bariónica actual : (2,5 ± 0,1)⋅10 −7 cm −3 ;
• el parámetro de planitud del Universo (la relación entre la densidad total y la crítica ): 1,02 ± 0,02;
• masa total de los tres tipos de neutrino : <0,7 eV.

Basado en la revisión de Planck TT, TE, EE+lentes+BAO+JLA+H0

• 100 θ CM = 1,04077 ± 0,00032
• Ω b h 2 = 0,02225 ± 0,00016
• Ω c h 2 = 0,1198 ± 0,0015
• τ=0,079 ± 0,017
• ln(10 10 As)=3.094 ± 0.034
• n = 0,9645 ± 0,0049
• H0 = 67,27 ± 0,66
• Ω m = 0,3089 ± 0,0062
• ΩΛ = 0,6911 ± 0,0062
• Σmv [ eV ]< 0.17
• Ωk = 0,0008 −0,0039 +0,0040
• w= -1.019 -0.08 +0.075

Notas

1. ↑ Furley, 1981 .
2. ↑ Gatti, 1999 , pág. 103.
3. ↑ McColley, 1936 .
4. ↑ Beca, 1994 .
5. ↑ Para conocer la influencia de la literatura hermética en Bradwardine, véase Grant, 1969 .
6. ↑ Koiré, 2001 , pág. 2-17 y especialmente p. catorce.
7. ↑ Barker, 1990 .
8. ↑ Koiré, 2001 .
9. ↑ Gatti, 1999 , pág. 105-106.
10. ↑ Granada, 2008 .
11. ↑ Koiré, 2001 , pág. 31-45.
12. ↑ Parámetros  cosmológicos de WMAP . nasa _ Centro de Vuelo Espacial Goddard. Consultado el 22 de marzo de 2013. Archivado desde el original el 22 de marzo de 2013.
13. ↑ N° 7-2013 : PLANCK REVELA UN UNIVERSO CASI PERFECTO  . Consultado el 13 de julio de 2015. Archivado desde el original el 6 de octubre de 2014.
14. ↑ Colaboración de Planck. Resultados de Planck 2013. XVI. Parámetros cosmológicos  (inglés)  // ArXiv/astro-ph. - 2013. - . -arXiv : 1303.5076 . _
15. ↑ PAR Ade et al . (Colaboración Planck). Resultados de Planck 2013. I. Resumen de productos y resultados científicos  (inglés)  // Astronomía y astrofísica  : revista. - 2013. - 22 de marzo ( vol. 1303 ). — Pág. 5062 . -doi : 10.1051 / 0004-6361/201321529 . - . -arXiv : 1303.5062 . _ Archivado desde el original el 23 de marzo de 2013. Copia archivada (enlace no disponible) . Consultado el 13 de julio de 2015. Archivado desde el original el 13 de agosto de 2016. (indefinido) 
16. ↑ Una breve historia del universo . Archivado desde el original el 30 de septiembre de 2008. (indefinido)
17. ↑ D. N. Spergel, R. Bean, O. Dore et al. Resultados de tres años de la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP): implicaciones para la cosmología. Astrofísica, resumen astro-ph/0603449 . Consultado el 6 de julio de 2020. Archivado desde el original el 21 de junio de 2020. (indefinido)

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Enlaces

• Sitio web sobre cosmología moderna // modcos.com
• Klimushkin D. Yu. Cosmología
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• Cosmología y Teología . Archivado desde el original el 15 de marzo de 2013. (indefinido)
• Publicación de los autores del proyecto WMAP
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• A. Levin. Misión "Ulysses" completada, pero las andanzas continúan. // "Elementos"

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