Universo

Un término para universo entre los antiguos filósofos griegos desde Pitágoras en adelante era τὸ πᾶν ( tò pân ) 'el todo', definido como toda la materia y todo el espacio, y τὸ ὅλον ( tò hólon ) 'todas las cosas', que no necesariamente incluía el vacío. ^{[ 27 ] [ 28 ]} Otro sinónimo era ὁ κόσμος ( ho kósmos ) que significa 'el mundo , el cosmos '. ^{[ 29 ]} También se encuentran sinónimos en autores latinos ( totum , mundus , natura ) ^{[ 30 ]} y sobreviven en lenguas modernas, por ejemplo, las palabras alemanas Das All , Weltall y Natur para universo . Los mismos sinónimos se encuentran en inglés, como everything (como en la teoría del todo ), the cosmos (como en cosmología ), the world (como en la interpretación de los muchos mundos ) y nature (como en leyes naturales o filosofía natural ). ^{[ 31 ]}

Debido a la velocidad finita de la luz , existe un límite (conocido como horizonte de partículas ) para la distancia que la luz puede recorrer a lo largo de la edad del universo . La región espacial desde la que podemos recibir luz se denomina universo observable . La distancia propia (medida en un tiempo fijo) entre la Tierra y el borde del universo observable es de 46 mil millones de años luz ^{[ 42 ] [ 43 ]} (14 mil millones de pársecs ), lo que hace que el diámetro del universo observable sea de aproximadamente 93 mil millones de años luz (28 mil millones de pársecs). ^{[ 42 ]} Aunque la distancia recorrida por la luz desde el borde del universo observable es cercana a la edad del universo multiplicada por la velocidad de la luz, 13.8 mil millones de años luz (4.2 × 10 ^ ⁹ pc) , la distancia propia es mayor porque el borde del universo observable y la Tierra se han alejado desde entonces. ^{[ 44 ]}  

En comparación, la Vía Láctea tiene aproximadamente 87.400 años luz de diámetro, ^{[ 45 ]} y la galaxia hermana más cercana a la Vía Láctea, la galaxia de Andrómeda , se encuentra a unos 2,5 millones de años luz de distancia. ^{[ 46 ]}

Debido a que los humanos no pueden observar el espacio más allá del borde del universo observable, se desconoce si el tamaño del universo en su totalidad es finito o infinito. ^{[ 10 ] [ 47 ] [ 48 ]}

Suponiendo que el modelo Lambda-CDM sea correcto, las mediciones de los parámetros utilizando diversas técnicas por numerosos experimentos arrojan un mejor valor de la edad del universo de 13.799 ± 0,021 mil millones de años, a fecha de 2015. ^{[ 2 ]}

Con el tiempo, el universo y su contenido han evolucionado. Por ejemplo, la población relativa de cuásares y galaxias ha cambiado ^{[ 49 ]} y el universo se ha expandido . Esta expansión se infiere de la observación de que la luz de galaxias distantes ha experimentado un desplazamiento al rojo , lo que implica que las galaxias se alejan de nosotros. Los análisis de supernovas de tipo Ia indican que la expansión se está acelerando . ^{[ 50 ] [ 51 ]}

Cuanta más materia haya en el universo, más fuerte será la atracción gravitatoria mutua entre ella. Si el universo fuera demasiado denso, colapsaría en un agujero negro . Sin embargo, si contuviera muy poca materia, se expandiría demasiado rápido para que se formaran estructuras astronómicas, como galaxias o planetas. ^{[ 52 ]} Desde el Big Bang, el universo se ha expandido monótonamente . La densidad de masa-energía del universo, equivalente a unos 5 protones por metro cúbico, le permitió expandirse durante los últimos 13.800 millones de años, dando tiempo para que se formara el universo tal como lo observamos hoy. ^{[ 53 ]}

Existen fuerzas dinámicas que actúan sobre las partículas del universo y que afectan la tasa de expansión. Antes de 1998, se esperaba que la tasa de expansión disminuyera con el tiempo debido a la influencia de las interacciones gravitacionales en el universo; por lo tanto, existe una magnitud observable adicional en el universo llamada parámetro de desaceleración , que la mayoría de los cosmólogos esperaban que fuera positiva y estuviera relacionada con la densidad de materia del universo. En 1998, dos grupos diferentes midieron el parámetro de desaceleración y obtuvieron un valor negativo, aproximadamente -0,55, lo que técnicamente implica que la segunda derivada del factor de escala cósmica${\displaystyle {\ddot {a}}}$ha sido positivo en los últimos 5-6 mil millones de años. ^{[ 54 ] [ 55 ]}

La física moderna considera que los eventos están organizados en el espacio-tiempo . ^{[ 56 ]} Esta idea se originó con la teoría especial de la relatividad , que predice que si un observador ve dos eventos que ocurren en lugares diferentes al mismo tiempo, un segundo observador que se mueve con respecto al primero verá que esos eventos ocurren en momentos diferentes. ^{[ 57 ] : 45–52} Los dos observadores no estarán de acuerdo en el tiempo.${\displaystyle T}$entre los eventos, y no estarán de acuerdo sobre la distancia${\displaystyle D}$separando los eventos, pero coincidirán en la velocidad de la luz.${\displaystyle c}$y medirán el mismo valor para la combinación${\displaystyle c^{2}T^{2}-D^{2}}$. ^{[ 57 ] : 80} La raíz cuadrada del valor absoluto de esta cantidad se llama intervalo entre los dos eventos. El intervalo expresa cuán separados están los eventos, no solo en el espacio o en el tiempo, sino en el contexto combinado del espacio-tiempo. ^{[ 57 ] : 84, 136 [ 58 ]}

La teoría especial de la relatividad describe un espaciotiempo plano. Su sucesora, la teoría general de la relatividad , explica la gravedad como una curvatura del espaciotiempo que surge debido a su contenido energético. Una trayectoria curva, como una órbita, no es el resultado de una fuerza que desvía un cuerpo de una trayectoria ideal en línea recta, sino más bien del intento del cuerpo de caer libremente a través de un fondo que, a su vez, está curvado por la presencia de otras masas. Una observación de John Archibald Wheeler, que se ha vuelto proverbial entre los físicos, resume la teoría: «El espaciotiempo le dice a la materia cómo moverse; la materia le dice al espaciotiempo cómo curvarse», ^{[ 59 ] [ 60 ]} y, por lo tanto, no tiene sentido considerar una sin la otra. ^{[ 61 ]} La teoría newtoniana de la gravedad es una buena aproximación a las predicciones de la relatividad general cuando los efectos gravitatorios son débiles y los objetos se mueven lentamente en comparación con la velocidad de la luz. ^{[ 62 ] : 327 [ 63 ]}

La relación entre la distribución de la materia y la curvatura del espaciotiempo viene dada por las ecuaciones de campo de Einstein , que requieren cálculo tensorial para expresarse. ^{[ 64 ] : 43 [ 65 ]} El universo parece ser un continuo espaciotiempo suave que consta de tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal ( tiempo ). Por lo tanto, un evento en el espaciotiempo del universo físico puede identificarse mediante un conjunto de cuatro coordenadas: ( x , y , z , t ) .

Los cosmólogos suelen trabajar con secciones de espaciotiempo de tipo espacial que son superficies de tiempo constante en coordenadas comóviles . La geometría de estas secciones espaciales viene determinada por el parámetro de densidad Omega (Ω), definido como la densidad media de materia del universo dividida por un valor crítico. Esto selecciona una de tres geometrías posibles dependiendo de si Ω es igual, menor o mayor que 1. Estas se denominan, respectivamente, universo plano, abierto y cerrado. ^{[ 66 ]}

Las observaciones, incluyendo las del Explorador del Fondo Cósmico (COBE), la Sonda de Anisotropía de Microondas de Wilkinson (WMAP) y los mapas de Planck del CMB, sugieren que el universo es infinito en extensión con una edad finita, como lo describen los modelos de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW). ^{[ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]} Estos modelos FLRW, por lo tanto, apoyan los modelos inflacionarios y el modelo estándar de cosmología, que describen un universo plano y homogéneo actualmente dominado por la materia oscura y la energía oscura . ^{[ 71 ] [ 72 ]}

La frecuencia de la vida en el universo ha sido un punto frecuente de investigación en astronomía y astrobiología , siendo el tema de la ecuación de Drake y las diferentes perspectivas sobre ella, desde la identificación de la paradoja de Fermi , la situación de no haber encontrado ningún signo de vida extraterrestre , hasta los argumentos a favor de una cosmología biofísica , una visión de la vida como inherente a la cosmología física del universo. ^{[ 73 ]}

La hipótesis del universo finamente ajustado postula que las condiciones que permiten la existencia de vida observable en el universo solo pueden darse cuando ciertas constantes físicas fundamentales universales se encuentran dentro de un rango de valores muy estrecho. Según esta hipótesis, si alguna de estas constantes fundamentales fuera ligeramente diferente, el universo difícilmente habría sido propicio para el establecimiento y desarrollo de la materia , las estructuras astronómicas, la diversidad elemental o la vida tal como la conocemos. Si esto es cierto, e incluso si dicha pregunta tiene siquiera sentido lógico, son temas de amplio debate. ^{[ 74 ]} Esta proposición se discute entre filósofos , científicos , teólogos y defensores del creacionismo . ^{[ 75 ]}

Aún no se encuentra una explicación para la aceleración de la expansión del universo. A menudo se atribuye a la influencia gravitacional de la "energía oscura", una forma desconocida de energía que se hipotetiza que impregna el espacio. ^{[ 104 ]} En términos de equivalencia masa-energía , la densidad de la energía oscura (~ 7 × 10 ⁻³⁰ g/cm ³ ) es mucho menor que la densidad de la materia ordinaria o la materia oscura dentro de las galaxias. Sin embargo, en la era actual de la energía oscura, esta domina la masa-energía del universo porque es uniforme en todo el espacio. ^{[ 105 ] [ 106 ]}

Dos formas propuestas para la energía oscura son la constante cosmológica , una densidad de energía constante que llena el espacio de manera homogénea, ^{[ 107 ]} y campos escalares como la quintaesencia o los módulos , cantidades dinámicas cuya densidad de energía puede variar en el tiempo y el espacio, pero que aún los impregnan lo suficiente como para causar la tasa de expansión observada. Las contribuciones de los campos escalares que son constantes en el espacio generalmente también se incluyen en la constante cosmológica. La constante cosmológica puede formularse como equivalente a la energía del vacío .

La materia oscura es un tipo hipotético de materia invisible para todo el espectro electromagnético , pero que constituye la mayor parte de la materia del universo. Su existencia y propiedades se infieren de sus efectos gravitacionales sobre la materia visible, la radiación y la estructura a gran escala del universo. A excepción de los neutrinos , una forma de materia oscura caliente , la materia oscura no se ha detectado directamente, lo que la convierte en uno de los mayores misterios de la astrofísica moderna . La materia oscura no emite ni absorbe luz ni ninguna otra radiación electromagnética a niveles significativos. Se estima que la materia oscura constituye el 26,8 % de la masa-energía total y el 84,5 % de la materia total del universo. ^{[ 82 ] [ 108 ]}

El 4,9% restante de la masa-energía del universo es materia ordinaria, es decir, átomos , iones , electrones y los objetos que forman. Esta materia incluye estrellas , que producen casi toda la luz que vemos de las galaxias, así como gas interestelar en los medios interestelar e intergaláctico , planetas y todos los objetos de la vida cotidiana con los que podemos chocar, tocar o apretar. ^{[ 110 ]} La gran mayoría de la materia ordinaria del universo es invisible, ya que las estrellas y el gas visibles dentro de las galaxias y los cúmulos representan menos del 10 por ciento de la contribución de la materia ordinaria a la densidad de masa-energía del universo. ^{[ 111 ] [ 112 ] [ 113 ]}

La materia ordinaria suele existir en cuatro estados (o fases ): sólido , líquido , gas y plasma . ^{[ 114 ]} Sin embargo, los avances en las técnicas experimentales han revelado otras fases previamente teóricas, como los condensados ​​de Bose-Einstein y los condensados ​​fermiónicos . ^{[ 115 ] [ 116 ]} La materia ordinaria está compuesta por dos tipos de partículas elementales : quarks y leptones . ^{[ 117 ]} Por ejemplo, el protón está formado por dos quarks arriba y un quark abajo ; el neutrón está formado por dos quarks abajo y un quark arriba; y el electrón es un tipo de leptón. Un átomo consta de un núcleo atómico , compuesto por protones y neutrones (ambos bariones ), y electrones que orbitan alrededor del núcleo. ^{[ 41 ] : 1476}

Poco después del Big Bang , los protones y neutrones primordiales se formaron a partir del plasma de quarks y gluones del universo primitivo a medida que se enfriaba por debajo de los dos billones de grados. Unos minutos más tarde, en un proceso conocido como nucleosíntesis del Big Bang , se formaron núcleos a partir de los protones y neutrones primordiales. Esta nucleosíntesis formó elementos más ligeros, aquellos con números atómicos pequeños hasta el litio y el berilio , pero la abundancia de elementos más pesados ​​disminuyó drásticamente con el aumento del número atómico. Es posible que se haya formado algo de boro en ese momento, pero el siguiente elemento más pesado, el carbono , no se formó en cantidades significativas. La nucleosíntesis del Big Bang se detuvo después de unos 20 minutos debido a la rápida caída de la temperatura y la densidad del universo en expansión. La formación posterior de elementos más pesados ​​fue resultado de la nucleosíntesis estelar y la nucleosíntesis de supernovas . ^{[ 118 ]}

La materia ordinaria y las fuerzas que actúan sobre ella pueden describirse en términos de partículas elementales . ^{[ 119 ]} Estas partículas a veces se consideran fundamentales porque no tienen una subestructura conocida. ^{[ 120 ] [ 121 ]} En la mayoría de los modelos contemporáneos se las considera puntos en el espacio. ^{[ 122 ]} Todas las partículas elementales se describen mediante la mecánica cuántica y exhiben dualidad onda-partícula : su comportamiento tiene aspectos tanto de partícula como de onda que se manifiestan bajo diferentes circunstancias. ^{[ 123 ]}

De vital importancia es el Modelo Estándar , una teoría que se ocupa de las interacciones electromagnéticas y las interacciones nucleares débiles y fuertes . ^{[ 124 ]} El Modelo Estándar está respaldado por la confirmación experimental de la existencia de partículas que componen la materia: quarks y leptones , y sus correspondientes duales de " antimateria ", así como las partículas de fuerza que median las interacciones : el fotón , los bosones W y Z , y el gluón . ^{[ 120 ]} El Modelo Estándar predijo la existencia del bosón de Higgs , descubierto recientemente , una partícula que es una manifestación de un campo dentro del universo que puede dotar a las partículas de masa. ^{[ 125 ] [ 126 ]} Debido a su éxito en la explicación de una amplia variedad de resultados experimentales, el Modelo Estándar a veces se considera una "teoría de casi todo". ^{[ 124 ]} Sin embargo, el Modelo Estándar no contempla la gravedad. No se ha alcanzado una verdadera "teoría de todo" de partículas de fuerza. ^{[ 127 ]}

La relatividad general es la teoría geométrica de la gravitación formulada por Albert Einstein en 1915 y sigue siendo la descripción estándar de la gravedad en la física moderna . Extiende la relatividad especial y la ley de gravitación universal de Newton al describir la gravedad como una manifestación de la curvatura del espacio - tiempo . En este marco, la curvatura del espacio-tiempo está determinada por la energía y el momento de la materia y la radiación . ^{[ 136 ]}

Esta relación se expresa mediante las ecuaciones de campo de Einstein , que vinculan la distribución de materia y energía con la geometría del espacio-tiempo. La geometría resultante rige el movimiento de la materia, de modo que las soluciones de estas ecuaciones describen cómo evoluciona el universo a lo largo del tiempo. ^{[ 136 ]}

Bajo el principio cosmológico , que supone que el universo es homogéneo e isótropo a gran escala, las ecuaciones de campo admiten una clase de soluciones descritas por el tensor métrico conocido como métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker . En esta descripción, el universo se caracteriza por dos cantidades: un factor de escala, que describe cómo cambia su tamaño global con el tiempo, y un índice de curvatura, que especifica su geometría espacial. La curvatura puede ser plana, positiva o negativa. ^{[ 137 ]}

La evolución del factor de escala depende tanto de la curvatura espacial como de la constante cosmológica , que representa la densidad de energía del espacio vacío y puede estar asociada con la energía oscura. ^{[ 136 ] [ 83 ]} La relación que rige esta evolución se conoce como la ecuación de Friedmann , introducida por Alexander Friedmann .

La curvatura determina la geometría global del espacio. Un universo con curvatura positiva tiene un volumen finito y puede visualizarse como una esfera tridimensional. Un universo plano o con curvatura negativa es espacialmente infinito. ^{[ 138 ]} Aunque esto pueda parecer contraintuitivo, los modelos con curvatura plana o negativa permiten que un universo infinito surja de un estado inicial en el que el factor de escala se anula, de acuerdo con el principio cosmológico . Las analogías incluyen un plano infinito (plano) u otras geometrías como un toroide .

El destino final del universo depende tanto de la curvatura como de la constante cosmológica. Un universo suficientemente denso con curvatura positiva colapsaría eventualmente en un Big Crunch , posiblemente seguido de un Big Bounce . Por el contrario, un universo plano o con curvatura negativa se expandiría indefinidamente, acercándose a un Big Freeze y a la eventual muerte térmica del universo . Las observaciones indican que la expansión del universo se está acelerando, lo que aumenta la posibilidad de un Big Rip . Los datos actuales sugieren que el universo está cerca de ser plano, con una densidad cercana al valor crítico que separa el colapso de la expansión eterna. ^{[ 139 ]}

Algunas teorías especulativas han propuesto que nuestro universo es solo uno de un conjunto de universos desconectados, denominados colectivamente como el multiverso . ^{[ 140 ] [ 141 ]} Una metáfora fácilmente visualizable de estos conceptos es un grupo de burbujas de jabón separadas , en las que los observadores que viven en una burbuja de jabón no pueden interactuar con los que viven en otras burbujas de jabón, ni siquiera en principio. ^{[ 142 ]} Según una terminología común, cada "burbuja de jabón" del espaciotiempo se denomina universo , mientras que el espaciotiempo particular de los humanos se denomina el universo , ^{[ 140 ]} así como los humanos llaman a la Luna de la Tierra la Luna . La colección completa de estos espaciotiempos separados se denomina multiverso. ^{[ 140 ]}

Max Tegmark y Brian Greene han propuesto diferentes esquemas de clasificación para las ideas de multiversos. En el esquema de Tegmark, los multiversos podrían resultar del tamaño inmenso del espaciotiempo, de procesos cosmológicos que producen burbujas espaciotemporales, ^{[ 143 ]} de la unitariedad mecánica cuántica , o porque vivimos en una construcción matemática. Si el espacio es infinito, o suficientemente grande y uniforme, instancias idénticas de la historia de todo el volumen Hubble de la Tierra ocurren de vez en cuando, simplemente por casualidad. Tegmark calculó que nuestro llamado doble más cercano está a ^{10¹⁰¹¹⁵ metros} de nosotros (una función exponencial doble mayor que un googolplex ). ^{[ 144 ]} La base física de estas ideas ha sido cuestionada. ^{[ 145 ] [ 146 ]}

Muchas culturas poseen relatos que describen el origen del mundo y del universo . Generalmente, consideran que estos relatos contienen cierta verdad . Sin embargo, existen diversas interpretaciones sobre cómo se aplican estos relatos entre quienes creen en un origen sobrenatural, desde la creación directa del universo tal como lo conocemos hasta la simple puesta en marcha de los procesos (por ejemplo, mediante mecanismos como el Big Bang y la evolución). ^{[ 150 ]}

Los etnólogos y antropólogos que estudian los mitos han desarrollado varios esquemas de clasificación para los diversos temas que aparecen en los relatos de la creación. ^{[ 151 ] [ 152 ]} Por ejemplo, en un tipo de relato, el mundo nace de un huevo cósmico ; tales relatos incluyen el poema épico finlandés Kalevala , la historia china de Pangu o el Brahmanda Purana indio . En relatos relacionados, el universo es creado por una sola entidad que emana o produce algo por sí misma, como en el concepto budista tibetano de Adi-Buddha , la antigua historia griega de Gaia (Madre Tierra), el mito de la diosa azteca Coatlicue , la historia del antiguo dios egipcio Atum y la narrativa de la creación judeocristiana del Génesis en la que el Dios abrahámico creó el universo. En otro tipo de relato, el universo es creado a partir de la unión de deidades masculinas y femeninas, como en la historia maorí de Rangi y Papa . En otras historias, el universo se crea a partir de materiales preexistentes, como el cadáver de un dios muerto —como Tiamat en la epopeya babilónica Enuma Elish o el gigante Ymir en la mitología nórdica— o de materiales caóticos, como Izanagi e Izanami en la mitología japonesa . En otras historias, el universo emana de principios fundamentales, como Brahman y Prakrti , y el mito de la creación de los Serers . ^{[ 153 ]}

Los filósofos griegos presocráticos y los filósofos indios desarrollaron algunos de los primeros conceptos filosóficos del universo. ^{[ 147 ] [ 154 ]} Los primeros filósofos griegos observaron que las apariencias pueden ser engañosas y buscaron comprender la realidad subyacente a las apariencias. En particular, observaron la capacidad de la materia para cambiar de forma (por ejemplo, hielo a agua a vapor) y varios filósofos propusieron que todos los materiales físicos del mundo son diferentes formas de un único material primordial, o arche . El primero en hacerlo fue Tales , quien propuso que este material era el agua . El discípulo de Tales, Anaximandro , propuso que todo provenía del ilimitado apeiron . Anaxímenes propuso que el material primordial era el aire debido a sus cualidades atractivas y repulsivas percibidas que hacen que el arche se condense o disocie en diferentes formas. Anaxágoras propuso el principio de Nous (Mente), mientras que Heráclito propuso el fuego (y habló de logos ). Empédocles propuso que los elementos eran tierra, agua, aire y fuego. Su modelo de cuatro elementos se hizo muy popular. Al igual que Pitágoras , Platón creía que todas las cosas estaban compuestas de números , y los elementos de Empédocles adoptaban la forma de los sólidos platónicos . Demócrito y filósofos posteriores —en particular Leucipo— propusieron que el universo está compuesto de átomos indivisibles que se mueven a través del vacío , aunque Aristóteles no lo consideraba factible porque el aire, al igual que el agua, ofrece resistencia al movimiento . El aire se precipitaría inmediatamente para llenar un vacío y, además, sin resistencia, lo haría indefinidamente rápido. ^{[ 147 ]}

Aunque Heráclito defendía el cambio eterno, ^{[ 155 ]} su contemporáneo Parménides enfatizaba la inmutabilidad. El poema de Parménides, Sobre la naturaleza, se ha interpretado como una afirmación de que todo cambio es una ilusión, que la verdadera realidad subyacente es eternamente inmutable y de una sola naturaleza, o al menos que la característica esencial de cada cosa que existe debe existir eternamente, sin origen, cambio ni fin. ^{[ 156 ]} Su discípulo Zenón de Elea cuestionó las ideas cotidianas sobre el movimiento con varias paradojas famosas . Aristóteles respondió a estas paradojas desarrollando la noción de un infinito potencial contable, así como el continuo infinitamente divisible. ^{[ 157 ] [ 158 ]}

El filósofo indio Kanada , fundador de la escuela Vaisheshika , desarrolló la noción de atomismo y propuso que la luz y el calor eran variedades de la misma sustancia. ^{[ 159 ]} En el siglo V d. C., el filósofo atomista budista Dignāga propuso que los átomos eran puntuales, sin duración y compuestos de energía. Negaron la existencia de materia sustancial y propusieron que el movimiento consistía en destellos momentáneos de un flujo de energía. ^{[ 160 ]}

La noción de finitismo temporal se inspiró en la doctrina de la creación compartida por las tres religiones abrahámicas : judaísmo , cristianismo e islam . El filósofo cristiano Juan Filopono presentó argumentos filosóficos contra la antigua noción griega de un pasado y futuro infinitos. Los argumentos de Filopono contra un pasado infinito fueron utilizados por el filósofo musulmán Al-Kindi (Alkindus) , el filósofo judío Saadia Gaon ( Saadia ben Joseph) y el teólogo musulmán Al -Ghazali (Algazel). ^{[ 161 ]}

El panteísmo es la creencia filosófica religiosa que sostiene que el universo mismo es idéntico a la divinidad y a un ser o entidad suprema . ^{[ 162 ]} El universo físico se entiende, por lo tanto, como una deidad inmanente y que lo abarca todo . ^{[ 163 ]} El término «panteísta» designa a quien sostiene que todo constituye una unidad y que esta unidad es divina, consistente en un dios o diosa manifestado y que lo abarca todo . ^{[ 164 ] [ 165 ]}

Los primeros registros escritos de predecesores identificables de la astronomía moderna provienen del Antiguo Egipto y Mesopotamia , alrededor del 3000 al 1200 a. C. [ ^{166 ] [ 167 ] Los} astrónomos babilonios del siglo VII a. C. veían el mundo como un disco plano rodeado por el océano. ^{[ 168 ] [ 169 ]}

Filósofos griegos posteriores , al observar los movimientos de los cuerpos celestes, se preocuparon por desarrollar modelos del universo basados ​​más profundamente en la evidencia empírica . Algunos de los primeros modelos cosmológicos del universo fueron desarrollados por filósofos griegos e indios antiguos y eran geocéntricos , colocando a la Tierra en el centro. ^{[ 170 ] [ 147 ]} El primer modelo coherente fue propuesto por Eudoxo de Cnido , un discípulo de Platón que siguió la idea de Platón de que los movimientos celestes debían ser circulares. Para dar cuenta de las complicaciones conocidas de los movimientos de los planetas, particularmente el movimiento retrógrado , el modelo de Eudoxo incluía 27 esferas celestes diferentes : cuatro para cada uno de los planetas visibles a simple vista, tres para el Sol y la Luna, y una para las estrellas. Todas estas esferas estaban centradas en la Tierra, que permanecía inmóvil mientras ellas rotaban eternamente. Aristóteles elaboró ​​este modelo, aumentando el número de esferas a 55 para dar cuenta de más detalles del movimiento planetario. Para Aristóteles, la materia normal estaba contenida enteramente dentro de la esfera terrestre y obedecía reglas fundamentalmente diferentes a las de la materia celestial . ^{[ 171 ] [ 172 ]}

El tratado post-aristóteles De Mundo (de autoría y fecha inciertas) afirmaba: «Cinco elementos, situados en esferas en cinco regiones, estando el menor rodeado en cada caso por el mayor —a saber, la tierra rodeada de agua, el agua de aire, el aire de fuego y el fuego de éter—, conforman todo el universo». ^{[ 173 ]} Este modelo también fue perfeccionado por Calipo y, tras el abandono de las esferas concéntricas, Ptolomeo lo ajustó casi perfectamente a las observaciones astronómicas . ^{[ 174 ]} El éxito de este modelo se debe en gran medida al hecho matemático de que cualquier función (como la posición de un planeta) puede descomponerse en un conjunto de funciones circulares (los modos de Fourier ). Otros científicos griegos, como el filósofo pitagórico Filolao , postularon (según el relato de Estobeo ) que en el centro del universo había un «fuego central» alrededor del cual la Tierra , el Sol , la Luna y los planetas giraban en un movimiento circular uniforme. ^{[ 175 ]}

El astrónomo griego Aristarco de Samos fue el primero conocido en proponer un modelo heliocéntrico del universo. Aunque el texto original se ha perdido, una referencia en el libro de Arquímedes , El compás de arena, describe el modelo heliocéntrico de Aristarco. Arquímedes escribió:

Tú, rey Gelón, sabes que el universo es el nombre que la mayoría de los astrónomos dan a la esfera cuyo centro es el centro de la Tierra, mientras que su radio es igual a la línea recta que une el centro del Sol con el centro de la Tierra. Esta es la explicación común que has escuchado de los astrónomos. Pero Aristarco ha publicado un libro que contiene ciertas hipótesis, en las que parece, como consecuencia de las suposiciones realizadas, que el universo es mucho mayor que el universo antes mencionado. Sus hipótesis son que las estrellas fijas y el Sol permanecen inmóviles, que la Tierra gira alrededor del Sol en la circunferencia de un círculo, con el Sol situado en el centro de la órbita, y que la esfera de estrellas fijas, situada alrededor del mismo centro que el Sol, es tan grande que el círculo en el que supone que gira la Tierra guarda una proporción con la distancia de las estrellas fijas similar a la que guarda el centro de la esfera con su superficie. ^{[ 176 ]}

Aristarco creía, pues, que las estrellas estaban muy lejos y consideraba que esta era la razón por la que no se había observado la paralaje estelar ; es decir, no se había observado que las estrellas se movieran unas con respecto a otras a medida que la Tierra se movía alrededor del Sol. De hecho, las estrellas están mucho más lejos de la distancia que se suponía generalmente en la antigüedad, razón por la cual la paralaje estelar solo se puede detectar con instrumentos de precisión. Se asumió que el modelo geocéntrico, compatible con la paralaje planetaria, explicaba la imposibilidad de observar la paralaje estelar. ^{[ 177 ]}

El único otro astrónomo de la antigüedad conocido por su nombre que apoyó el modelo heliocéntrico de Aristarco fue Seleuco de Seleucia , un astrónomo helenístico que vivió un siglo después de Aristarco. ^{[ 178 ] [ 179 ] [ 180 ]} Según Plutarco, Seleuco fue el primero en probar el sistema heliocéntrico mediante el razonamiento , pero no se sabe qué argumentos utilizó. Los argumentos de Seleuco a favor de una cosmología heliocéntrica probablemente estaban relacionados con el fenómeno de las mareas . ^{[ 181 ]} Según Estrabón (1.1.9), Seleuco fue el primero en afirmar que las mareas se deben a la atracción de la Luna, y que la altura de las mareas depende de la posición de la Luna con respecto al Sol. ^{[ 182 ]} Alternativamente, pudo haber demostrado el heliocentrismo determinando las constantes de un modelo geométrico para el mismo y desarrollando métodos para calcular las posiciones planetarias usando este modelo, de manera similar a Nicolás Copérnico en el siglo XVI. ^{[ 183 ]} Durante la Edad Media , los astrónomos persas Albumasar ^{[ 184 ]} y Al-Sijzi también propusieron modelos heliocéntricos . ^{[ 185 ]}

El modelo aristotélico fue aceptado en el mundo occidental durante aproximadamente dos milenios, hasta que Copérnico revivió la perspectiva de Aristarco de que los datos astronómicos podrían explicarse de manera más plausible si la Tierra rotara sobre su eje y si el Sol estuviera ubicado en el centro del universo. ^{[ 186 ]}

En el centro descansa el Sol. ¿Quién colocaría esta lámpara de un templo tan hermoso en otro lugar mejor que este, desde donde puede iluminarlo todo a la vez?

Como señaló Copérnico, la noción de que la Tierra rota es muy antigua, remontándose al menos a Filolao ( c. 450 a. C. ), Heráclides Póntico ( c. 350 a. C. ) y Ecfanto el Pitagórico . Aproximadamente un siglo antes de Copérnico, el erudito cristiano Nicolás de Cusa también propuso que la Tierra rota sobre su eje en su libro Sobre la ignorancia erudita (1440). ^{[ 187 ]} Al-Sijzi ^{[ 188 ]} también propuso que la Tierra rota sobre su eje. Tusi (1201-1274) y Ali Qushji (1403-1474) aportaron evidencia empírica de la rotación de la Tierra sobre su eje, utilizando el fenómeno de los cometas . ^{[ 189 ]}

Esta cosmología fue aceptada por Isaac Newton , Christiaan Huygens y científicos posteriores. ^{[ 190 ]} Newton demostró que las mismas leyes del movimiento y la gravedad se aplican a la materia terrestre y a la celeste, haciendo obsoleta la división de Aristóteles entre ambas. Edmund Halley (1720) ^{[ 191 ]} y Jean-Philippe de Chéseaux (1744) ^{[ 192 ]} observaron independientemente que la suposición de un espacio infinito uniformemente lleno de estrellas llevaría a la predicción de que el cielo nocturno sería tan brillante como el propio Sol; esto se conoció como la paradoja de Olbers en el siglo XIX. ^{[ 193 ]} Newton creía que un espacio infinito uniformemente lleno de materia causaría fuerzas infinitas e inestabilidades que harían que la materia se comprimiera hacia adentro bajo su propia gravedad. ^{[ 190 ]} Esta inestabilidad fue aclarada en 1902 por el criterio de inestabilidad de Jeans . ^{[ 194 ]} Una solución a estas paradojas es el universo de Charlier , en el que la materia está organizada jerárquicamente (sistemas de cuerpos en órbita que a su vez orbitan en un sistema mayor, ad infinitum ) de forma fractal , de manera que el universo tiene una densidad general insignificante; este modelo cosmológico ya había sido propuesto anteriormente en 1761 por Johann Heinrich Lambert . ^{[ 195 ] [ 196 ]}

Durante el siglo XVIII, Immanuel Kant especuló que las nebulosas podrían ser galaxias enteras separadas de la Vía Láctea, ^{[ 191 ]} y en 1850, Alexander von Humboldt llamó a estas galaxias separadas Weltinseln , o "islas del mundo", un término que luego se desarrolló en "universos isla". ^{[ 197 ] [ 198 ]} En 1919, cuando se completó el Telescopio Hooker , la visión predominante era que el universo consistía enteramente en la Galaxia Vía Láctea. Usando el Telescopio Hooker, Edwin Hubble identificó variables cefeidas en varias nebulosas espirales y en 1922-1923 demostró de manera concluyente que la Nebulosa de Andrómeda y Triangulum , entre otras, eran galaxias enteras fuera de la nuestra, probando así que el universo consiste en una multitud de galaxias. ^{[ 199 ]} Con esto, Hubble formuló la constante de Hubble , que permitió por primera vez un cálculo de la edad del universo y el tamaño del Universo Observable, que se volvió cada vez más preciso con mejores mediciones, comenzando en 2 mil millones de años y 280 millones de años luz, hasta 2006 cuando los datos del Telescopio Espacial Hubble permitieron un cálculo muy preciso de la edad del universo y el tamaño del Universo Observable. ^{[ 200 ]}

La era moderna de la cosmología física comenzó en 1917, cuando Albert Einstein aplicó por primera vez su teoría general de la relatividad para modelar la estructura y la dinámica del universo. ^{[ 201 ]} Los descubrimientos de esta era, y las preguntas que aún quedan sin respuesta, se describen en las secciones anteriores.

Mapa del universo observable con algunos de los objetos astronómicos más destacados conocidos hasta 2018. La escala de longitud aumenta exponencialmente hacia la derecha. Los cuerpos celestes se muestran ampliados para facilitar la comprensión de sus formas.

Ubicación de la Tierra en el universo

Tierra

Sistema solar

Ola de Radcliffe

Brazo de Orión

vía Láctea

 Grupo local

Virgo SCl

Laniakea SCl

Universo observable