Història dels Models de l'Univers: De Grècia a Einstein

Models Antics de l'Univers

L'estudi de l'univers té una llarga història, amb diverses concepcions que han evolucionat al llarg dels segles.

Anaximandre de Milet (S. VI a.C.)

Considera la Terra com un cilindre flotant en un univers esfèric. Segueix considerant la superfície de la Terra plana.

Pitàgores (S. VI a.C.)

Va ser el primer a considerar la Terra esfèrica. Els diferents astres (inclòs el Sol) els considera en cercles concèntrics centrats en la Terra i a distàncies finites. La darrera esfera la considera fixa i que conté totes les estrelles.

Filolau de Crotona (S. V a.C.)

És el primer a considerar una mena de teoria heliocèntrica, que continua Aristarc i els Neoplatònics.

Eudox de Cnido (S. V a.C.)

És el primer a definir un model astronòmic complet en esferes homocèntriques. Considera la Terra una esfera immòbil que n'ocupa el centre... (Exemple: el màstil del vaixell)

Model de Ptolemeu (Segle II d.C., 100-170)

Recull tota la tradició geocèntrica, especialment l'obra d'Hiparc de Nicea (S. II a.C.), i escriu la seva gran obra, l'*Almagest*. Estableix i consolida la visió geocèntrica de l'univers i explica les òrbites dels astres mitjançant mètodes geomètrics de successives esferes ordenades en deferents i epicicles.

És un dels pocs exemples d’aplicació de la inducció, ja que si bé els seus estudis i teories sobre la flotabilitat dels cossos són deductius, parteixen d’uns postulats als quals no s’hi podria arribar si no és per l'experimentació.

Coneix i difon les idees heliocèntriques d'Aristarc de Samos (320-250 a.C.).

Les seves hipòtesis són que les estrelles fixes i el Sol resten immòbils; que la Terra gira al voltant del Sol en la circumferència del cercle que té el Sol per centre.

L'Univers a l'Edat Mitjana

Al llarg d’aquests anys, es traspassen tots els coneixements clàssics a partir de les traduccions de les obres gregues per part d'autors islàmics i llatins. En matèria cosmològica, les principals aportacions es fan en el món islàmic per raons de culte.

L'única concepció de l'univers acceptada és la geocèntrica.

En l'àmbit científic, l'edat mitjana es caracteritza per una aplicació dels mètodes deductius a partir de la filosofia natural (ciència) aristotèlica.

La cultura islàmica inicia un coneixement empíric, estudiant fenòmens particulars i experimentant sobretot en el camp de la química i la medicina.

Encara no s'elaboren lleis generals.

El Renaixement i la Revolució Científica

El Renaixement suposa una ruptura amb la tradició medieval i un retorn als clàssics.

Es comença a donar importància a l'experimentació i es passa de l'observació de fets particulars a l'establiment de lleis quantitatives rigoroses a partir de les quals es poden predir els fets particulars futurs.

Apareixen els mètodes inductiu i hipoteticodeductiu (el mètode científic) de la mà de Galileu Galilei principalment. Apareix la ciència col·legiada (Tycho Brahe).

En matèria cosmològica, es recupera el model heliocèntric.

Nicolau Copèrnic (1473-1543)

Aquest model neix a Polònia.

Planteja per primer cop (des d'Aristarc) el model heliocèntric en contraposició al geocèntric vigent fins aleshores. Ho fa per primer cop en la seva obra, no publicada. L'objectiu és buscar un model més senzill que el de Ptolemeu per explicar les òrbites dels astres.

No se sap com va arribar a acceptar i proposar el model heliocèntric.

L'any de la seva mort es publica la seva obra definitiva *Sobre les revolucions dels orbes celestes*.

Galileu Galilei (1564-1642)

Va ser el primer astrònom que va utilitzar el telescopi per a l'observació del cel (1609), inventat l'any abans per Hans Lippershey (1570-1619).

Els seus descobriments més importants van ser publicats a *El missatger celestial*.

En la seva obra *Història i demostracions de les taques solars*, explica la presència de les taques solars.

En el seu llibre *Diàleg sobre els dos màxims sistemes del món*, vol demostrar definitivament que és la Terra la que gira al voltant del Sol i no a l'inrevés, cosa que li va suposar la condemna per part de l'Església el 1633 i de la qual no en va ser rehabilitat fins el 1992. No volia publicar l'obra perquè la gent es pensaria que estava boig.

Descobriments clau de Galileu:

• Descobriment dels satèl·lits de Júpiter
• Descobriment i estudi de les fases de Venus
• La forma oval de Saturn (a causa del seu anell)
• Les muntanyes i cràters de la Lluna
• Les taques solars

El Sol al centre i els planetes com la Terra giren al voltant del Sol. Les òrbites són circumferències (creient que era el moviment perfecte). A partir de l'obra de Copèrnic, molts astrònoms van arribar a la conclusió actual.

Va estar a punt de morir i va ser empresonat pel que pensava.

Implicacions dels descobriments de Galileu:

• Amb el descobriment dels satèl·lits de Júpiter: demostra que no tots els astres giren al voltant del Sol.
• Amb el descobriment i estudi de les fases de Venus: demostra l'heliocentrisme de Copèrnic.
• La forma oval de Saturn (a causa del seu anell).
• Amb les muntanyes i cràters de la Lluna: demostra que els planetes no són esferes cristal·lines.
• Les taques solars.

Aquests descobriments el fan concloure que:

La Terra és un planeta com qualsevol altre i no ocupa un lloc central ni prominent en l'univers.

Tycho Brahe (1546-1601)

La seva tasca és demostrar COM són les òrbites dels planetes al voltant del Sol. Per això, s'utilitza un mètode hipoteticodeductiu, amb els passos següents:

• S'observen les trajectòries dels planetes i les fases de la Lluna i Venus.
• S'elaboren unes hipòtesis noves i un model que expliqui millor aquestes observacions.
• Es comproven les hipòtesis.
• S'elaboren teories amb capacitat de predicció de nous fenòmens.

Les dues figures principals d'aquest procés són Tycho Brahe i Johannes Kepler.

Crea el primer centre internacional d'observació astronòmica i d'estudi de la física del món, que anomena Uraniborg (ciutat d'Urània).

Les seves principals aportacions són les extraordinàries i detalladíssimes observacions i mesures dels astres, l'estudi per primer cop d'una supernova, i la substitució de les esferes per explicar la sustentació dels planetes per moviments circulars en òrbites.

El seu sistema proposat és el de la Terra ocupant el punt central, el Sol girant al seu voltant, i la resta de planetes girant al voltant del Sol.

Johannes Kepler (1571-1630)

Publica *Misteri cosmogràfic*, on segueix les teories de Copèrnic i estableix que les òrbites dels planetes giren inscrites en els cinc sòlids regulars (cub, tetraedre, dodecaedre, icosaedre i octaedre).

Les seves principals aportacions a l'astronomia són les TRES LLEIS DE KEPLER.

Primera Llei (1609):

Tots els planetes es desplacen al voltant del Sol descrivint òrbites el·líptiques, de manera que el Sol ocupa un dels focus de l'el·lipse.

Segona Llei (1609):

El radi vector que uneix el planeta i el Sol escombra àrees iguals en temps iguals. Això implica que la velocitat del planeta quan està més allunyat del Sol és menor que quan està més a prop del Sol.

Tercera Llei (1618):

Per a qualsevol planeta, el quadrat del període orbital (temps que triga el planeta a donar una volta al Sol) és directament proporcional al cub de la distància mitjana del planeta al Sol.

La Gravitació Universal (Il·lustració)

La seva tasca és demostrar PERQUÈ els planetes orbiten al voltant del Sol. Per això, cal esperar a la Il·lustració (Segle XVIII).

Isaac Newton (1642-1727)

Neix l'any de la mort de Galileu.

Als 23 anys, concep totes les seves teories sobre la gravitació i el que s'anomenarà mecànica newtoniana.

Publica la seva obra mestra *Principis matemàtics de filosofia natural*.

En el camp de l'astronomia és, sens dubte, la formulació de la llei de GRAVITACIÓ UNIVERSAL, que explica per fi les òrbites dels planetes, la seva aportació més important.

Va matisar allò que deia Copèrnic.

La Gravetat al Segle XX

La seva tasca és explicar QUÈ és la gravetat. Per això, cal esperar al Segle XX. Es tracta de saber què i com es produeix la gravetat.

Newton havia explicat perfectament el fenomen de la gravetat i totes les seves conseqüències, però no va poder explicar què la produïa.

Einstein va ser qui va aportar la solució.

Albert Einstein (1879-1955)

Físic alemany que entre el 1915 i 1916 publica la TEORIA de la RELATIVITAT GENERAL, que el 1919 queda provada, en part, experimentalment mitjançant l'observació d'un eclipsi solar.

Aquesta teoria explica la gravetat com una curvatura en la xarxa espai-temps.