Evolución de las Teorías Cosmológicas y Físicas: De Aristóteles a la Relatividad

Conceptos Fundamentales en la Historia de la Astronomía y la Física

Modelos Cosmológicos Antiguos

El Mundo Supralunar de Aristóteles

Para Aristóteles, la Luna y las estrellas se encontraban incrustadas en esferas concéntricas, cristalinas y transparentes, hechas de un material incorruptible llamado éter. En el espacio entre un cuerpo celeste y otro no habría vacío, sino esferas en contacto unas con otras. La última esfera era el límite del universo y en ella estaban incrustadas las estrellas, por eso Aristóteles la llamó la esfera de las estrellas fijas.

Teorías Ptolomeicas del Movimiento Planetario

• Teoría del Epiciclo y Deferente

  Un epiciclo es el movimiento circular que realiza un planeta alrededor de un punto central. El deferente es el desplazamiento de dicho punto central alrededor de la Tierra. Cuando un planeta se mueve en un epiciclo, a la vez se mueve por el deferente; la combinación de ambos movimientos produce una trayectoria que explica sus avances y retrocesos observados.

• Teoría de las Excéntricas

  Ptolomeo postuló que la Tierra no se encuentra exactamente en el centro del deferente, sino ligeramente desplazada hacia uno de los lados.

• Teoría de los Ecuantes

  Los ecuantes son puntos desde los cuales el movimiento de los planetas se observaría de forma uniforme. Los astrónomos observaban que los planetas se movían a velocidades variables. Para solucionar este problema, se planteó la existencia de unos puntos en el universo desde los que se podía observar una velocidad constante. Si desde la Tierra no se podía observar la uniformidad del movimiento planetario, era porque el punto ecuante no coincidía con el centro de la Tierra.

La Revolución Copernicana y el Heliocentrismo

Copérnico y el Modelo Heliocéntrico

Copérnico sustituyó la concepción geocéntrica del universo por la heliocéntrica. Esta teoría quedó plasmada en su obra De Revolutionibus Orbium Coelestium. Pasó a considerar la Tierra como un cuerpo móvil al que se le atribuían tres tipos de movimientos: el de rotación, el de traslación y el de precesión.

Observaciones de Tycho Brahe y el Fin del Mundo Supralunar

La observación de lo que parecía una nueva estrella (una supernova) por parte de Tycho Brahe resultó desconcertante y obligó a abandonar la antigua idea de que el mundo supralunar era incorruptible. Más tarde, la observación de cometas que cruzaban el espacio sin impedimento refutó la idea aristotélica de las esferas compactas y transparentes. Brahe estudió con atención la órbita de un cometa y llegó a la conclusión de que esta debía encontrarse más allá de la Luna. Brahe optó por un modelo intermedio entre el geocentrismo y el heliocentrismo, en el que la Tierra permanecía inmóvil en el centro del universo, el Sol giraba a su alrededor, y los planetas giraban alrededor del Sol.

Leyes Fundamentales de la Física Clásica

Gravitación Universal de Newton

La Gravitación Universal es la ley de la física clásica que describe la interacción gravitatoria entre cuerpos con masa. Newton dedujo que la fuerza con que se atraen dos cuerpos depende del producto de sus masas y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. La ley establece que la fuerza (F) ejercida entre dos cuerpos de masas m1 y m2, separados por una distancia r, es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa (F = G * (m1*m2)/r^2). Esta ley describe cómo ocurre la interacción gravitatoria, pero no por qué.

Tercera Ley de Newton: Acción y Reacción

La Tercera Ley de Newton establece que siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, este ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección, pero en sentido opuesto, sobre el primero. La formulación original de Newton es: «Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.»

Conceptos de la Relatividad

Curvatura del Espacio-Tiempo

El continuo espacio-tiempo se curva en presencia de masa, de manera que cualquier cuerpo próximo a esa masa experimentará los efectos de dicha curvatura, lo que percibimos como gravedad. Un ejemplo clásico es la desviación de la luz estelar al pasar cerca de objetos masivos, como se observó durante los eclipses solares, confirmando que la luz se curva por efecto de la masa.