ESQUEMA DE HISTORIA DE LA COSMOGONIA

ESQUEMA
DE HISTORIA DE LA COSMOGONIA

P.Kittl

Departamento
de Ingeniería Mecánica,Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Universidad
de Chile, Casilla 2777, Correo 21, Santiago, Chile

Resumen: Se describe en forma esquemática las diferentes cosmogonías mitológicas, terminando con la cosmogonía de Newton. La nueva época comienza con Kant y Laplace , que se refieren básicamente a la vía Láctea y el sistema planetario Solar. Posteriormente esta idea se refina hasta que la primera cosmogonía universal aparece con Einstein, el universo en expansión de Hubble, el átomo primigenio de Lemaitre hasta nuestros días.

1.-Cosmogonías mitológicas: Una descripción bastante extensa de las cosmogonías mitológicas se encuentra en las enciclopedias, como la Británica y la Espasa[1 2]. Pueden describirse como la combinación de dos puntos de vistas:

1) El Universo existía, tal como lo observamos ahora, desde siempre y en el aparecieron en forma espontanea dioses con poderes mágicos

2) El o los dioses existían desde siempre con sus poderes mágicos creando de una vez, o en forma sucesiva, el universo como es ahora.

En la enciclopedia Espasa se describen sucintamente las siguientes: Asiria, Babilonia, Caldea, Egipcia, Fenicia, de los Gentos, Judaica, Persa, Indica, Bramanica, Budista, Tibetana, China, Japonesa, Helenica, Estrusca, Romana, Germanica, Mejicana , Mixteca, Escandinava, Indostanica, Kamtchadala, Macasar,  Mologuessa, Peguana, Siamesa, Virginiana, Americanas, Mariana y Taitiana. En estas cosmogonías se puede encontrar todo lo que la imaginación puede inventar, es difícil ver una línea directiva en un estudio comparativo de todas estas mitologías, salvo en el caso de que alguna provenga de una anterior como en el caso de la Judaica que tiene relatos provenientes de la Babilonica, o adaptaron el monoteísmo tomándolo de la religión monoteísta implantada por Amon – Hotep IV (Akh – en – Aton), durante su estadía en Egipto aproximadamente 1400 A. C. Este faraón se cree que fue el primero que introdujo, en el mundo, el monoteísmo, su culto fue suprimido por su sucesor Tut – Ankh – Amon, dinastía XIV.

2.-Cosmogonía de Newton: En los Principios Matematicos de la Filosofía Natural[3], al final, en el escolio general, se puede deducir que Newton pensaba que el Universo fue creado por un Ser Todopoderoso con bases matemáticas. Es decir que todo lo que existe sigue leyes exactas expresables matemáticamente. Podría decirse que pensaba que el espacio es el órgano sensorial de ese Ser Supremo, a través del cual se enteraba de todo lo que ocurría en el mundo. Al cual al quitarle, como alegorías, que son extraídas del comportamiento humano, todos los sentimientos tipo humano, se transforma en un conjunto de leyes eternas que rigen el Universo. Leyes a las cuales, el hombre, por vía experimental puede acercarse.

3-Cosmogonía de Kant: El primero que idea una teoría de la formación del sistema planetario y del Sol es Kant[4]. Pero más que eso, como veremos al final de este párrafo, es el primero que se pregunta si el universo es finito o infinito y si tuvo un comienzo o existía desde siempre[5]. Así que Kant supone que la materia que compone las estrellas de nuestra galaxia, estaba repartida por todo el espacio, donde ella formaba una suerte de caos nebular uniforme donde las partículas se atraían según la ley de Newton. En esa nube una ligera preponderancia de densidad y por lo tanto de atracción formo el Sol. Sin embargo aunque podemos suponer que alrededor del Sol, por un proceso semejante, se formaron los planetas, el movimiento de ellos en un mismo sentido y plano implica la aparición de un
momento de rotación. Esta aparición contradice el principio de conservación del momento  de la cantidad de movimiento. También Kant supone que lo que ocurrió en torno al Sol, ocurre en torno de los planetas, explicando la formación de los satélites. De todos los razonamientos de Kant , dos son buenas predicciones: El fraccionamiento del anillo de Saturno y la relación entre la densidad del Sol y la Tierra. Se puede leer en francés el trabajo completo [6]. Posteriormente en la Critica de la Razón Pura[7], se plantea el problema del tamaño del universo: ¿finito o infinito?. Esto también lo hace con el Tiempo: ¿El Universo existía desde siempre o tuvo un comienzo?. Discute con argumentos ”filosóficos” las dos proposiciones y puede “demostrar” en cada caso las dos. En consecuencia no puede la filosofía responder a esas preguntas. En forma implícita las responde en otro lugar[8]:

<<La tesis de todos los idealistas declarados, desde la escuela de Elea hasta Berkeley, se halla en esta fórmula: Todo conocimiento por los sentidos y la experiencia no es más que pura apariencia. No hay verdad más que en las ideas del entendimiento puro de la razón. EL principio (dice Kant) que erige y determina constantemente mi idealismo es, por el contrario, este: que “todo conocimiento de las cosas por simples nociones intelectuales, o de razón pura, no es más que simple apariencia y la verdad no está más que en la experiencia” >>

Faltaban entonces datos experimentales para responder a esas preguntas. Las hipótesis de Laplace son similares a las de Kant, pero introduce en el origen del sistema planetario el momento rotatorio que no estaba en la hipótesis de Kant.

4.-Época moderna antes de Einstein: Henri Poincare en su libro sobre las hipótesis cosmogónicas [9] discute todas ellas hasta el año 1911. Comienza con Kant y sigue con Laplace,(estudiado detenidamente por Fouché), Fayé, Ligondés, See y Darwin. Posteriormente analiza el origen del calor solar y del calor terrestre, según los trabajos de Helmholtz, Lord Kelvin, Rudzki, Lockyer, Nordman, Schuster, Arrhenius, Kapteyn y Schiaparelli. Finalmente se ocupa de las teorías sobre la formación de las  nebulosas espirales de See y Belot. En todo lo anterior se usa la Física Clásica donde por no conocerse la equivalencia entre masa y energía, descubierta por Einstein, no se puede abordar el proceso que genera el universo actual. En las enciclopedias de la Época se puede estudiar lo mismo [1 2].

5.-Cosmogonías que usan los descubrimientos de Einstein: Esta segunda época además de que se mejoran todas las observaciones astronómicas, aparecen nuevas teorías de la física que permiten interpretar los datos de la astronomía. En 1873 Maxwell publica las ecuaciones que vinculan electricidad y magnetismo; en 1879 los Curie introducen la radioactividad; en 1897 J.J. Thomson descubre el electrón y las partes básicas del átomo; en 1900 Max Planck descubre que la energía se produce en cuantos o trozos finitos; en 1905 Einstein desarrolla la teoría especial de la relatividad y en 1916 la teoría general; en 1920 comienza el desarrollo de la mecánica cuántica [10]. Con estos elementos y con los datos que aportaron las nuevas tecnologías a la astronomía, como la espectroscopia y medidas de luminosidad, permitieron determinar a qué distancia y que tamaño tienen las galaxias lejanas, que permite estimar su número en ~ 10¹¹ con aproximadamente 10¹¹ estrellas cada una, lo que hace un total de 10²² estrellas. Así que Einstein puede proponer un modelo de Universo usando las ecuaciones de la relatividad general [11] que hemos explicado sucintamente con anterioridad [12]. Así que se puede asimilar el universo a una nube de polvo, teniendo en cuenta el gran numero de estrellas donde las partículas no interactúan entre si y que sus velocidades son siempre pequeñas respecto a la de la Luz. Dicho modelo no admite una solución estacionaria, a no ser que introduzca una constante cosmológica cuya función es la de introducir una fuerza repulsiva, función de la distancia entre dos partículas e independiente de su masa. Este modelo tiene un tiempo cósmico, único para cada punto del universo. Con esta constante cósmica se obtiene una relación entre la masa M, y el radio de curvatura R del Universo M/R = (p/2)(c²/f), donde c es la velocidad de la luz y f la constante de gravitación universal. Esto está de acuerdo con las ideas de Mach de que hay una relación entre el tamaño del universo y su masa total. De esta fórmula se deduce que cuando R = 0 es M = 0, no existe espacio cuando la masa se anula. EL universo de Einstein es una esfera sumergida en un espacio de cuatro dimensiones, el tiempo es la quinta dimensión. Este universo estático no era estable, basta un apartamiento de la posición de equilibrio para que ocurra R -> 0 o R -> ∞ . El universo de Einstein se mantenía siempre igual a sí mismo, sin embargo el descubrimiento de Hubble de la fuga unánime de las estrellas mostraba errores en el modelo. El modelo de Einstein se basa en la ecuación de la relatividad general que está ampliamente confirmada [13]. Con algunos cambio [12] se puede describir esta fuga unánime de estrellas y galaxias de Hubble. Pero el origen del universo permanece en la oscuridad, aunque Lemaitre(1927) supone la explosión de un átomo originario. Pero no se sabe de dónde salió ese átomo. En general se puede leer esto, aunque no son libros de divulgación, en Penrose[14] o en Eddington[15].

Últimamente hemos desarrollado una cosmogonía relativamente elemental [16] que se puede estudiar en [17, 18]. Para explicarla en forma sencilla usaremos un modelo de universo consistente en una esfera en el espacio común de tres dimensiones. Sobre esa esfera hueca viven seres de dos dimensiones que solo se pueden
desplazar sobre la superficie de la esfera. Para esos seres el espacio es ilimitado pero finito. Suponemos que siguiendo las leyes comunes de la mecánica podemos poner toda la masa que está en la superficie de la esfera concentrada en su centro.  Todo esto se traduce en que hay una energía potencial negativa, que es compensada con una energía cinética radial positiva. Esta última energía proviene de que hay una velocidad radial de expansión, pero hay otra energía más que es la de la masa, la famosa mc² de Einstein. La creación o aniquilación de esa masa va a compensar la diferencia entre las dos energías de que hablamos antes. Si se escriben las ecuaciones se obtiene que la esfera crece y luego decrece en forma periódica. Pero ¿de donde salió la masa originaria y la velocidad radial inicial?. Aquí aparece una de las grandes adquisiciones de la Física moderna: El principio de Incerteza. En este caso se dice que durante un tiempo muy breve Δt, se puede crear de la nada una cantidad de energía ΔE tal que su producto ΔEΔt es aproximadamente la llamada constante de Planck, muy pequeña h ≈ 6.63 x 10^-27 gcm^-2s^-1. Aquí aparece otra entidad:  la celda de Planck, donde se juntan la masa más pequeña m₀ ≈ 5.4 x 10^-5 g, la longitud más pequeña l₀ ≈ 4×10^-33 cm, el tiempo  más pequeño t₀ ≈1.33×10^-33 s y la mayor temperatura θ₀ ≈ 3.60×10³³ K que simultáneamente tiene en una celda espacio temporal, energía nula. En esta celda entonces se verifica m₀c² = m₀² f/l₀ = kθ₀ = hν₀ , aquí m₀c² es la energía de la masa de Einstein, m₀² f/l₀ la energía gravitatoria negativa, kθ₀ la térmica y hν₀ la de radiación así que como m₀c², kθ₀ y hν₀ son positivas , esto significa que la celda cambia de contener masa a contener calor, en un tiempo t₀ y luego la radiación hν₀, la velocidad de la luz es c ~ 3×10¹⁰ cms^-1 , la constante universal de la gravitación f ≈ 6.67 x 10^-8 cm³s^-2g^-1 , la constante de Planck h = 6.63 x 10^-27 g cm² s^-1 y la constante k ≈ 1.38 x10^-16 gcm³ s^-2 K^-1. Posteriormente hemos ensayado con bastante éxito introducir simultáneamente estas energías en la celda de Planck, inclusive la eléctrica. El resultado es que las dimensiones de la celda de Planck cambian poco y lo mismo ocurre con el universo que deriva de esta celda. Así que podría describirse este universo como la superficie de una esfera de cuatro dimensiones más un tiempo universal (-∞ ≤ t ≤ +∞) que se extiende desde un pasado situado en el infinito(-∞) hasta uno situado en un futuro con un tiempo infinito y con energía cero. Un gran globo inflado de nada. Su tamaño actual puede estimarse en 10²⁸ cm de radio de la esfera, con una densidad de 10^-30 gcm^-3 y una edad de 10.000 millones de años. El periodo de este universo, tiempo que tarda desde su origen hasta su tamaño máximo 31.300×10⁶ años, treinta y un mil trescientos millones de años. Debemos decir que el numero de dimensiones debe ser mucho mayor a las cuatro espaciales y una temporal, tal vez trece o catorce incluso se puede llegar a un número infinito de dimensiones, por ejemplo del tipo de superficies que contenidas en un volumen finito tienen un área infinita, del tipo del cristal de nieve. Eso implicaría un número muy grande de subpartículas que parece no acabarse. Para resumir podemos decir que el universo es una esfera arrugada inflada con nada (Energía total nula).

6.-Nota Final: En las antiguas y mitológicas cosmogonías el universo salía de la nada , pero como un mago que saca un conejo de su sombrero, el mago era el Dios Padre de la respectiva mitología. Pero de donde sale este Dios?. Su naturaleza es antropomorfa. Con todas las características de su creador, el hombre,  se enoja, se alegra, premia a los que siguen sus instrucciones y castiga a quienes no las siguen, tiene mujer o mujeres (es siempre masculino) la mayor parte de las veces y por lo tanto uno o varios hijos. En el esquema que presentamos aquí no sabemos dónde salieron las leyes que gobiernan el universo, las leyes de la física, no sabemos de dónde salió el espacio, o los espacios, ni el tiempo. Ese conjunto es el Dios impersonal que gobierna el universo y su origen no es la imaginación de un ser primitivo e ignorante, sino la ciencia impersonal. Pero todo esto no es menos misterioso y horroroso que las mitologías anteriores.

EL PENSAMIENTO NO ES MAS QUE UN RAYO DE LUZ EN UNA LARGA NOCHE, PERO ESTE RAYO DE LUZ LO ES TODO.

HENRI POINCARE

(Últimos pensamientos)

Agradecimientos: A Rodrigo Vargas Acevedo y a Gerardo Díaz Rodenas, quienes con su colaboración hicieron posible esta publicación.

Bibliografía

1.- The Encyclopedia Britanica, Eleven edition (1910-11), Cambridge, England, at The University Press.

2.- Enciclopedia Universal Ilustrada Europeo-Americana, primera edición (~ 1920), tomos XV y XXI, Espasa Calpe, Madrid.

3.- Newton, Sir Isaac, Mathematical Principles of the Natural Philosophy, Book III. The System of the World, General Scholiam. Translated by Andrew Motte, revised by Florian Cajori, Tomo 34, The gral book of the Western World.

4.- Kant, Emmanel, Historia universal de la naturaleza y teoría del cielo, en donde se trata del sistema y origen mecánico del universo, según los principios de Newton, Königsberg y Leipzig 1755 (en alemán).

5.- Kant, Emmanuel, Crítica de la razón pura, Traducción de M. Fernández Núñez, de las francesas de Tissot (1845), Barni (1912), Tremesaygues y Pacaud (1927).

6.- Wolf, C., Les Hypotesis cosmogoniques, Gauthier Villars, París 1885.

7.- En  [5], Tomo II, libro II, capítulo segundo, primera antinomia.

8.- Kant, Emmanuel, Prolegomenos a toda Metafísica futura, en [5] traducción de José López, Apéndice, p. 534.

9.- Poincaré, H., Leçons sur les hypotesis cosmogoniques, Hermann, París, 1913.

10.- Black Well, J. A., Historical time line: Astronomy. http://regulusastro.com/regulus/papers/timeline/

11.- Einstein, A., Kosmologische Betrachtungen zur allgemainen Relativitats theorie, Sitzungsberichten der Preusz. Akad. di Wissenschaften, 1917.

12.- Kittl, P., Cosmología. Universo global: modelos y datos experimentales, Ciencia Abierta, http://www.cec.uchile.cl/~cabierta/revista/10/educacion

13.- Kittl , P. y Díaz, G., Cien años de relatividad. http://cabierta.uchile.cl/revista/25/articulos/pdf/paper6.pdf

14.- Penrose, R., The road to reality, Vintage (2004) New York.

15.-Eddington, A.S., La expansión del universo, traducido del inglés, Ediciones Leviatan (1956) Buenos Aires.

16.- Kittl, P y Díaz, G., Sobre un modelo elemental de universo periódico, con una duración de 22.400 millones de años, Ciencia Abierta(1999) http://tamarugo.cec.uchile.cl/cabierta/revista/1/universo1.htm

17.- Kittl, P y Díaz, G., Sobre la celda de Planck, la relación cosmológica de Einstein y su generalización. En publicación.

18.- Kittl, P y Díaz, G., Modelo de universo cíclico como extensión a la celda generalizada de Planck. Ampliación del [17], en publicación.