Origen i Evolució de l'Univers: De la Ciència Clàssica al Big Bang

Origen i Evolució de l'Univers: De la Ciència Clàssica a la Moderna

Canvi de Paradigma en la Representació de l'Univers

Cada època es caracteritza per un determinat paradigma científic: un conjunt de teories, mètodes i tecnologia científica. Un paradigma és una veritat acceptada pel món científic en un moment determinat.

Al llarg de la història, un dels canvis de paradigma més importants va ser la representació de l'univers.

Primeres Interpretacions: Grècia Clàssica

• Aristòtil (s. IV aC): Univers format per esferes perfectes al voltant de la Terra.
• Aristarc (s. III aC): La Terra i els planetes giren al voltant del Sol creant esferes perfectes (no va ser escoltat).
• Ptolomeu (s. II dC): Geocentrisme. Aquest model va ser el primer a tenir una gran coherència i va ser defensat per l'Església; va ser la base de tots els estudis de l'època.

La Revolució Científica i la Ciència Moderna

La ciència moderna apareix a partir de la Revolució Científica (1543), amb noves idees en física, biologia, astronomia i química.

• Transició: De la Grècia clàssica a l'Edat Mitjana i la ciència/filosofia.
• Canvi de model: Del Geocentrisme (s. IV aC) a l'Heliocentrisme (s. XVI).

Figures Clau en el Canvi de Paradigma

• Galileu: Va ser jutjat per la Inquisició pel Tribunal Eclesiàstic a causa de les seves idees.
• Newton (s. XVII): Va formular la llei de la Gravitació Universal.

La Cosmologia Moderna

Teoria de la Relativitat d'Einstein

La Teoria de la Relativitat (Einstein, 1879-1955) postula que "Tot el moviment és relatiu". Únicament es pot conèixer el moviment d'un punt si es relaciona amb un altre.

Teoria de la Relativitat Especial

Aquesta teoria s'aplica a velocitats constants. La velocitat de la llum en el buit és sempre la mateixa, sigui quin sigui el sistema de referència utilitzat (paradoxa dels bessons).

Conseqüències:

• El temps absolut no existeix. La durada d'un fenomen depèn de la velocitat del sistema en què es realitza, i un interval de temps es mesura de manera relativa.
• Hi ha equivalència entre massa i energia, i una es pot convertir en l'altra segons la fórmula E=mc².
• La massa d'un cos augmenta amb la seva velocitat. A la velocitat de la llum, la massa esdevé un concepte diferent.

Teoria de la Relativitat General

Explica la gravetat des d'una nova perspectiva: no com una força, sinó com una conseqüència de la curvatura de l'espai-temps deguda a les masses presents. La gravetat és la conseqüència de la forma de l'espai-temps.

Les teories d'Einstein només es poden aplicar a grans velocitats, com les observades en partícules subatòmiques. A velocitats normals, els canvis són tan petits que no poden ser apreciats, per tant, les teories clàssiques són suficients.

La Teoria del Big Bang

Inicialment, Einstein (1917) va postular l'existència d'una forma que equilibrés la gravetat, la constant cosmològica (amb sentit contrari a la gravetat), per mantenir un univers:

• Amb una distribució de la matèria uniforme (univers homogeni).
• Que no canviés de forma al llarg del temps (univers en equilibri).

Desenvolupament de la Teoria del Big Bang

• Friedmann (1924): Va demostrar que el model anterior no era possible i que la constant cosmològica no era necessària.
• Lemaître (1927): Va explicar que les galàxies provenen de l'explosió d'un nucli inicial, l'àtom primitiu.
• Hubble (1929):
  • Va identificar nebuloses (núvols de gas i pols, com Andròmeda) com a sistemes semblants a la Via Làctia, confirmant l'existència d'altres galàxies.
  • Va determinar que les galàxies s'allunyaven les unes de les altres, demostrant l'expansió de l'univers.
• Gamow: D'acord amb la hipòtesi de Lemaître i les observacions de Hubble, va desenvolupar la Teoria del Big Bang.

Principis de la Teoria del Big Bang

La Teoria del Big Bang descriu la formació de l'univers a partir d'una gran explosió:

• Tota la matèria, l'espai i l'energia estaven concentrats en un primer moment anomenat àtom primitiu, que es trobava a una temperatura i densitat molt elevades.
• L'àtom primitiu es va expandir bruscament en una gran explosió de l'univers. L'energia es va allunyar en totes direccions i es va anar transformant en matèria. Al mateix temps, es van formar l'espai i el temps.
• Es van formar partícules subatòmiques i àtoms senzills (hidrogen, heli), a partir dels quals es formarien la resta d'elements.
• A mesura que l'univers s'expandia, la temperatura anava baixant. Gràcies a això, la matèria que estava dispersa es va condensar. D'aquesta manera, van aparèixer les estructures astronòmiques (nebuloses, galàxies, planetes, etc.).