Cosmología

La cosmología, del griego κοσμολογία («cosmología», compuesto por κόσμος, /kosmos/, «cosmos, orden», y λογια, /logía/, «tratado, estudio») es la rama del conocimiento que estudia el universo en conjunto.

Contexto

La palabra «cosmología» fue utilizada por primera vez en 1731 en la Cosmología generalis del filósofo Christian Wolff. El estudio científico del universo tiene una larga historia que involucra a la física, la astronomía, la filosofía, el esoterismo y la religión.

El nacimiento de la cosmología moderna puede situarse en 1700 con la hipótesis de que las estrellas de la Vía Láctea pertenecen a un sistema estelar de forma discoidal, del cual forma parte el propio Sol; y que otros cuerpos nebulosos visibles con el telescopio son sistemas estelares similares a la Vía Láctea, pero muy lejanos.

Cosmología física

Artículo principal: Cosmología física

Véanse también: Astronomía y Astrofísica.

Cosmología física se entiende por el estudio del origen, la evolución y el destino del Universo utilizando los modelos terrenos de la física. La cosmología física se desarrolló como ciencia durante la primera mitad del siglo XX como consecuencia de los acontecimientos detallados a continuación:

1915-1916. Albert Einstein formula la teoría general de la relatividad, que será la teoría marco de los modelos matemáticos del universo. Al mismo tiempo formula el primer modelo matemático del universo conocido como universo estático, donde introduce la famosa constante cosmológica y la hipótesis conocida como principio cosmológico, que establece que el universo es homogéneo e isótropo a gran escala, lo que significa que tiene la misma apariencia general observado desde cualquier lugar.
1916-1917. El astrónomo Willem de Sitter formula un modelo estático de universo vacío de materia con la constante cosmológica donde los objetos astronómicos alejados tenían que presentar corrimientos al rojo en sus líneas espectrales.
1920-1921. Tiene lugar el Gran Debate entre los astrónomos Heber Curtis y Harlow Shapley que estableció la naturaleza extragaláctica de las nebulosas espirales cuando se pensaba que la Vía Láctea constituía todo el universo.
1922-1924. El físico ruso Alexander Friedmann publica la primera solución matemática a las ecuaciones de Einstein de la relatividad general, que representan a un universo en expansión. En un artículo de 1922 publica la solución para un universo finito y en 1924 la de un universo infinito.
1929. Edwin Hubble establece una relación lineal entre la distancia y el corrimiento al rojo de las nebulosas espirales que ya había sido observado por el astrónomo Vesto Slipher en 1909. Esta relación se conocerá como Ley de Hubble.
1930. El sacerdote y astrónomo belga Georges Édouard Lemaître esboza su hipótesis del átomo primitivo, donde sugería que el universo había nacido de un solo cuanto de energía.
1931. Milton Humason, colaborador de Hubble, da la interpretación de los corrimientos al rojo como efecto Doppler debido a la velocidad de alejamiento de las nebulosas espirales.
1933. El astrónomo suizo Fritz Zwicky publica un estudio de la distribución de las galaxias, sugiriendo que estaban permanentemente ligadas por su mutua atracción gravitacional. Zwicky señaló, sin embargo, que no bastaba la cantidad de masa realmente observada en la forma de las galaxias para dar cuenta de la intensidad requerida del campo gravitatorio. Se introducía así el problema de la materia oscura.
1948. Herman Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle proponen el modelo de estado estacionario, donde el universo no solo tiene la misma apariencia a gran escala visto desde cualquier lugar, sino que la tiene vista en cualquier época.
1948. George Gamow y Ralph A. Alpher publican un artículo donde estudian las síntesis de los elementos químicos ligeros en el reactor nuclear que fue el universo primitivo, conocida como nucleosíntesis primordial. En el mismo año, el mismo Alpher y Robert Herman mejoran los cálculos y hacen la primera predicción de la existencia de la radiación de fondo de microondas.
1964. Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson de los laboratorios Bell descubren la señal de radio que fue rápidamente interpretada como la radiación de fondo de microondas, que supondría una observación crucial que convertiría al modelo del Big Bang (o de la Gran Explosión) en el modelo físico estándar para describir el universo. Durante el resto del siglo XX se produjo la consolidación de este modelo y se reunieron las evidencias observacionales que establecen los siguientes hechos fuera de cualquier duda razonable:
- El universo está en expansión, en el sentido de que la distancia entre cualquier par de galaxias lejanas se está incrementando con el tiempo.
- La dinámica de la expansión está descrita con muy buena aproximación por la teoría general de la relatividad de Einstein.
- El universo se expande a partir de un estado inicial de alta densidad y temperatura, donde se formaron los elementos químicos ligeros, estado a veces denominado Big Bang o Gran Explosión.

El Big Bang

Artículo principal: Teoría del Big Bang

A pesar de que el modelo del Big Bang o «La Gran Explosión» es un modelo teórico observacionalmente bastante robusto y ampliamente aceptado entre la comunidad científica, hay algunos aspectos que todavía quedan por resolver:

Se desconoce qué ocurrió en los primeros instantes tras el Big Bang. La respuesta se busca mediante el estudio del universo temprano, una de cuyas metas es encontrar la explicación a una posible unificación de las cuatro fuerzas fundamentales (fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil, fuerza electromagnética y la fuerza más débil de las cuatro que es la gravitacional).
No existe un modelo definitivo de la formación de las estructuras actuales, a partir del Big Bang. La respuesta se busca mediante el estudio de la formación y evolución de las galaxias y la inflación cósmica.
Queda por saber a qué se debe el hecho de que el universo se expanda con aceleración (Véase Aceleración de la expansión del universo).
No se sabe cuál es el destino final del universo.
Se desconoce en su mayor parte la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura.
En el momento después del Big Bang aparecieron las partículas elementales, dos quarks arriba y uno abajo en los protones y dos quarks abajo y uno arriba en los neutrones, y se desconoce la proporción entre protones y neutrones. Estas partículas están hechas por dos quarks con la misma carga eléctrica, no se habrían podido unir gracias a la interacción electromagnética, siendo inútil recurrir a la interacción nuclear fuerte, pues esta solo tiene un alcance del tamaño máximo de un núcleo atómico y además porque la interacción electromagnética tiene un alcance gigantesco y si el universo se agrandó en un solo segundo cien octillones de veces, en este brevísimo lapso de tiempo la interacción nuclear fuerte no podría unir la casi totalidad (si no es la totalidad) de los quarks.

Cosmologías alternativas

Se entiende por cosmología alternativa todas aquellas teorías, modelos o ideas cosmológicas que contradicen el modelo estándar de cosmología. La mayoría de ellas se han ido descartando con el tiempo, o están hoy en un estado decadente.

Cosmología de plasma: Ambiplasma
Teoría del estado estacionario
Expansión cósmica en escala de C. Johan Masreliez
MOND de Mordehai Milgrom

Cosmología filosófica

Artículo principal: Filosofía del espacio y el tiempo

En filosofía y metafísica, la cosmología trata del universo considerado como colección de seres finitos, de su esencia, origen, leyes, elementos y atributos o caracteres más importantes y generales:

Del mundo en general;
De los principios esenciales de los cuerpos;
De las leyes de la naturaleza física;
De las principales afecciones o propiedades de los cuerpos;
De los cuerpos vivientes y animados, por ser partes principales del mundo visible.