Cosmos MODELOS Y TEORÍAS DEL UNIVERSO El Universo - 1ª parte     Video 3 Video 2 Video 1 l universo es el conjunto de todas las cosas existentes (para los creyentes, de todas las cosas creadas). La cosmología es la disciplina científica que estudia la estructura del universo, así como lo concerniente a su origen, evolución y estimación futura. El Universo contiene galaxias, cúmulos de galaxias o hipergalaxias, y estructuras de mayor tamaño llamadas supercúmulos, además de materia intergaláctica. Su origen era atribuido en los antiguos pueblos de la Tierra a una fuerza divina creadora de misteriosas materias. Para ellos, el Universo se limitaba al firmamento visible, pues los aparatos de visualización que se disponían únicamente prestaban auxilio al ojo humano. El Universo contiene galaxias, cúmulos de galaxias y estructuras de mayor tamaño denominadas supercúmulos, además de materia intergaláctica Todavía no se tiene conocimiento real de la magnitud del Universo, a pesar de la avanzada tecnología disponible en la actualidad; se ha convenido que su origen se debe a la explosión y posterior expansión de la materia que se encontraba concentrada en un punto, teoría denominada del big-bang. Principio cosmológico Se podrían formular las ecuaciones cosmológicas sobre la evolución del Universo, siempre que todo el cosmos cumpliese parámetros isotrópicos y homogéneos ("principio cosmológico"), es decir, que el Universo presente el mismo aspecto en todas las direcciones (isotropía), y que independientemente del lugar desde donde se observe ofrezca la misma imagen (homogeneidad). No obstante, desde nuestra posición en el Universo existen limitaciones importantes para obtener datos con que generar un modelo válido, pues las ecuaciones requieren información sobre la masa contenida, la cual es muy difícil de obtener porque el 90% del Universo es una masa oscura, y por tanto no observable. Lo que sí está confirmado por las observaciones, es que nos encontramos ante un Universo en expansión. Base para los modelos de un Universo en expansión El astrónomo estadounidense Edwin Powell Hubble, autor del primer sistema para clasificar galaxias, estableció en 1929 una ley llamada de "velocidad de recesión de las galaxias", sobre la que debe descansar cualquier modelo sobre la expansión del Universo. Hubble descubrió que todas las galaxias se alejan de nosotros con una velocidad proporcional a su distancia. La constante de proporcionalidad, llamada constante de Hubble, es el cociente entre la distancia de una galaxia a la Tierra y la velocidad con que se aleja de ella. Estimaciones sobre la edad del Universo La edad del Universo se podría calcular si se conociera su tasa de expansión. Se estima su antigüedad entre los 7.000 y 20.000 millones de años. Inicialmente, los primeros cálculos le atribuyeron 2.000 millones de años, pero se sabe por la datación de isótopos radiactivos que la Tierra tiene 5.000 millones de años, invalidando así esa estimación. No obstante, la cosmología actual mantiene la incógnita sobre la verdadera antigüedad del Universo, pues los cálculos realizados sobre la edad de determinados objetos cósmicos, como los cúmulos de estrellas, no concuerdan e incluso chocan con algunas de esas dataciones. Modelo de Universo estático En 1917, 12 años antes de que Edwin Powell Hubble describiese su Ley sobre la Velocidad de recesión de las galaxias, el físico Albert Einstein, autor de la Teoría de la Relatividad, propuso un modelo de Universo basado en su famosa teoría. Este modelo consideraba el tiempo como una cuarta dimensión, demostrando que la gravitación de las materias era equivalente a una curvatura espacio-tiempo cuatridimensional. Einstein cometió lo que él calificaría como "el mayor error de mi vida", al no predecir la expansión del Universo, pues introdujo en sus ecuaciones una "constante cosmológica" que compensase la expansión que su propia teoría demostraba, al considerar que siendo el Universo estático, las galaxias debían contar con alguna fuerza de repulsión que equilibrase las fuerzas de gravitación mutua entre ellas. Modelo de Universo estacionario Del modelo de Universo en expansión de Friedmann, y otros anteriores que tenían en cuenta el "principio cosmológico", derivó en 1948 otro modelo de Universo, el del "Universo estacionario". Este modelo fue presentado en 1948 por los astrónomos británicos Hermann Bondi, Fred Hoyle y Thomas Gold. Para ellos, desde una concepción filosófica, la teoría de un comienzo repentino del Universo era insatisfactorio. Sus planteamientos se resumen en el principio de que el Universo es el mismo siempre y desde cualquier posición, y en la teoría de la "creación continua", por la cual la pérdida de densidad del Universo durante su expansión, queda compensada con la creación continua de materia que mantendrían la actual apariencia del Universo. Tras ser descubiertas en 1965 las radiaciones de fondo de microondas (estimadas como las radiaciones remanentes de la primera gran explosión o Big-bang), así como los quásares (consistentes en fuentes de radiación relacionadas con la recesión de las galaxias), la teoría del Universo estacionario quedó desautorizada para la mayoría de los cosmólogos, por su incompatibilidad y contradicción con la teoría del Big-bang.

e forma simultánea a la exposición de la teoría de Einstein sobre un Universo estático, el astrónomo holandés Willem de Sitter desarrolló también en el mismo año 1917 otros modelos de Universos no estáticos, dando soluciones a las ecuaciones de Einstein. Posteriormente, le siguieron otros modelos basados en Universos en expansión, como el del matemático ruso Alexander Friedmann en 1922, o el del sacerdote belga Georges Lemaitre en 1927.

La teoría del Big-bang o Gran Explosión sobre el origen del Universo, tuvo su punto de comienzoprecisamente con el modelo de Friedmann, ateníendose al "principio cosmológico", y en el cual la densidad de la materia en el Universo es un parámetro fundamental para la solución de la incógnita. Friedmann afirmaba que las galaxias no son más que fragmentos de lo que llamó "núcleo primordial", que tras su explosión salieron despedidos dando lugar a la expansión del Universo. Este modelo de Friedmann es el generalmente aceptado, y que posteriormente retocaría en 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow.

Para Friedmann, el Universo se expandirá o contraerá en lo que llamó "Universo abierto" y "Universo cerrado", dependiendo de la densidad media de la materia que contenga. Si la materia es relativamente poca, el Universo se expandirá de forma indefinida, pues la atracción gravitatoria mutua entre las galaxias no será suficiente para disminuir las velocidades de recesión; esto sería un "universo abierto". Por el contrario, si la densidad de materia supera un valor crítico, que se ha estimado en 5x10^-30 g/cm³, entonces se produciría un descenso de la expansión hasta detenerse, para finalmente contraerse hasta el extremo del colapso gravitacional de todo el Universo; esto sería un Universo de extensión finita o  "Universo cerrado".

Partiendo de un modelo de Universo en expansión, existe una teoría llamada "Universo oscilante o pulsante" según la cual, un Universo colapsado tras producirse la contracción, daría lugar a una nueva Gran Explosión de ese punto de alta densidad, expandiéndose de nuevo, para volver a colapsarse y explosionar, y así hasta el infinito.

El Universo es un sistema físico en expansión. La teoría aceptada actualmente es la del Big-Bang o Gran Explosión, donde se considera al Universo como un sistema en expansión continua a partir de una explosión inicial. Esta teoría es atribuida al matemático ruso Alexander Friedmann en 1922, posteriormente retocada en 1948 por el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow. No obstante, esta teoría no explica en que condiciones se encontraba la materia antes de la Gran Explosión, a la cual no se podría aplicar las leyes físicas actuales. Por ello, las condiciones posibles que pudieron haber iniciado la explosión, se han desarrollado en otra teoría cosmológica propuesta a comienzos de la década de 1980, y conocida como Teoría Inflacionaria (véase más abajo).

Según la teoría del Big-Bang, hace unos quince mil millones de años el Universo se reducía a un punto, donde toda la materia estaba fuertemente comprimida en un mínimo espacio de ilimitada densidad y elevadísimas temperaturas, y en donde la curvatura del espacio-tiempo era infinita. En un momento dado sobrevino la Gran Explosión o estallido primario y comenzó la evolución de nuestro universo.

Dado que por definición nada de lo que podamos conocer estuvo fuera del átomo primario, es mejor imaginar lo sucedido desde dentro. Tras el estallido primario el espacio se fue estirando, y la materia y la energía se fueron expandiendo junto a él, a la vez que se enfriaban rápidamente. A los pocos segundos de la explosión inicial, los fotones y otras partículas colisionaron unas con otras y se desintegraron o se transformaron en otras distintas. Al tiempo que el Universo se iba enfriando, daba lugar a las primeras partículas materiales, átomos de hidrógeno y helio; a su vez los fotones se propagaron libremente y se hizo la luz.

La radiación de la bola de fuego, que tanto entonces como ahora llenaba el universo, fue desplazándose a través del espectro, pasando de los rayos X al ultravioleta, y de éste a través de los colores visibles del arco iris hasta el infrarrojo y a las regiones de radio. Los restos de esta bola de fuego no serían otra cosa que la radiación cósmica de fondo que emana de todas partes y puede ser detectada hoy en día gracias a los radiotelescopios, y que se pudo recibir por primera en 1965 dando elementos para la confirmación de la teoría de la Gran explosión. Con el tiempo, el tejido del espacio continuó expandiéndose, la radiación fue enfriándose y poco a poco el espacio se volvió por primera vez oscuro en la luz visible ordinaria, tal como ahora es.