Modelos del universo: tipos, teorías y dibujos de los modelos cosmológicos (geocéntrico, heliocéntrico, cíclico, burbuja…)

Diferentes eruditos a lo largo de la historia han intentado dar respuesta a los más complejos fenómenos que nos rodean, de los más ambiciosos han sido los que han visto a las estrellan en busca de definir los primeros modelos del universo. Un modelo es una representación física, teoría, matemática o grafica de algo, con la intención de entender cómo funciona, así que, estudiar los diferentes modelos cosmológicos es estudiar qué tanto ha logrado descubrir el ser humano sobre la verdadera naturaleza del mundo. Veamos el recorrido de los modelos del universo a lo largo de la historia.

Interpretación mágica prehistórica del universo

Desde antes de que se pudiera hablar de los tipos de modelos en física formales, ya los grupos humanos más avanzados de la antigüedad tenían sus primeras versiones del universo caracterizado por el pensamiento mágico, el misticismo y la espiritualidad de cualquier cosa que no pudieran comprender.

Con el tiempo, a estos modelos universales prehistóricos y antiguos se les encasilló dentro de las mitologías de cada cultura.

Los antiguos egipcios, que existieron hace casi 5.000 años atrás, creían que los astros eran las formas magnificadas de los dioses. De esta manera, la tierra (cuerpo de un dios) era rodeada por deidades como la luna y el sol. En otras interpretaciones, tanto el sol como la luna eran los ojos de Horus.

Esta ejemplificación de las deidades como vía principal para conceptualizar a los astros y al universo observable, fue bastante similar para la mayoría de las civilizaciones desarrolladas tiempo antes y después.

No fue hasta muchos años en el futuro que estos sistemas de creencias se fueron refinando hasta desembocar en el modelo universal que conocemos hoy día.

Modelo geocéntrico de Aristóteles (384 a. C-322 a. C)

El filósofo griego Aristóteles fue uno de los primeros (de que se tengan registros solidos) en proponer un modelo del universo que buscara explicara algunos de los fenómenos astrológicos que podían observarse en la naturaleza.

De esta manera Aristóteles crea lo que se conocería como un modelo geocéntrico del universo, es decir, un modelo donde la tierra se encuentra en el centro del universo observable.

En el modelo aristotélico del universo existían dos grandes regiones principales: Lo que estaba bajo la luna, denominado infra lunar caracterizado por ser cambiante en el tiempo y lo que estaba sobre la luna, denominado supra lunar donde se encontraban los astros que eran inmortales, inamovibles y eternos.

En este modelo, el universo estaba conectado a través de múltiples esferas cristalinas, transparentes y concéntricas (donde se encontraban encajados los planetas). Estas esferas compuestas de “Éter”, una sustancia inalterable, se encontraban en movimiento constante por lo que se podían explicar algunos fenómenos del movimiento orbital de los planetas.

A pesar de ser muy diferente al modelo actual, fue el intento que mayor aceptación tuvo, con respecto a los aspectos observables que podían explicarse a través de él. Los dibujos de cosmología de Aristóteles se siguen considerando avanzados para su época.

Modelo geocéntrico de Ptolomeo (100-170 d. C.)

El modelo de Aristóteles, a pesar de ser revolucionario para la época, se quedaba corto al explicar ciertos acontecimientos observables como el movimiento variable (adelanto y atraso) de algunos astros en su trayectoria.

Estas incongruencias geométrica guiaron los esfuerzos de Ptolomeo quien decidió llevar un estudio empírico, recopilando todos los datos históricos posibles sobre la trayectoria de los astros, creando un modelo que pudiera expresar de manera cercana a la realidad la geometría del movimiento estelar, tanto para explicar el pasado como para predecir sus posiciones en el futuro.

De esta manera, se definió el sistema geocéntrico de Ptolomeo que partía de la tierra como centro del universo, mientras que el sol y la luna se encontraban orbitando alrededor de ella. A su vez, los planetas realizaban trayectorias alrededor de la tierra mientras presentaban una segunda orbita que describía un lazo.

A pesar de ser sumamente complejo y poco elegante, este modelo géocentrico del sistema solar pudo explicar gran parte de la retrogradación de los planetas, así como las distintas velocidades de las orbitas astrológicas.

El mayor impacto de la teoría geocéntrica de Ptolomeo fue la aplicación de datos reproducibles para la creación del modelo, más que la teorización.

Modelo heliocéntrico de Copérnico (1473-1543)

El modelo de Copérnico fue una solución mucho más elegante, con la intención de pasar de los modelos teorizados a través de la astronomía analítica filosófica hacia una versión geométrica que pudiera predecir con exactitud la posición de los astros.

En este modelo, Copérnico se basa en el uso de las esferas que ya venía proponiendo Aristóteles, las cuales explicaban las orbitas de los planetas. Para este momento, no se tenían en cuenta a Urano ni Neptuno ya que no se habían descubierto.

Lo revolucionario del modelo universal de Copérnico fue que este ayudó a definir qué es el modelo heliocéntrico, es decir, uno donde el sol es el centro del universo y el resto de planetas (incluyendo a la tierra) orbitan alrededor de él. En este punto, los astros se encontraban inalterables y fijos en la esfera más lejana del sistema.

El problema más grande de los modelos hasta entonces: El movimiento retrogrado de los planetas, podría explicarse si todos los planetas llevaran orbitas simultaneas al rededor del sol.

Estas orbitas circunferenciales dieron forma a uno de los modelos del universo más cercanos al actual, aunque realmente no sirvió para predecir con la exactitud que se hubiera esperado el movimiento de los astros. En este sentido, tanto el modelo del universo de Ptolomeo como el de Copérnico se habían estancado.

Otros aportes que permitieron el desarrollo del modelo actual

Aunque el modelo actual está bien definido, se basa en las aportaciones teóricas de varios físicos y eruditos, que no necesariamente intentaron proponer un modelo del universo, pero cuyos descubrimientos sentaron las bases de las teorías modernas.

Tycho Brahe (1546-1601)

Tycho Brahe se considera el más grande observador de cielo antes de la invención del telescopio. Este astrónomo danés propuso un modelo del universo geocéntrico, donde la tierra se encontraba en el centro del universo mientras que el resto de planetas orbitaba alrededor del sol.

A pesar de que el modelo era realmente complejo y poco elegante en muchos aspectos, basó su investigación en un exhaustivo registro de los movimientos astrológicos, lo que permitió el desarrollo de otros tipos de modelos físicos más precisos en el futuro.

Johannes Kepler (1571-1630)

Johannes Kepler fue el astrónomo y matemático alemán encargado de resolver uno de los problemas más complejos del movimiento orbital hasta la fecha. Kepler estableció que las orbitas alrededor del sol no eran circunferenciales si no elípticas.

Además de esto, desarrolló estudios que llevaron a la creación de las conocidas tres leyes fundamentales del movimiento planetario que sentaron las bases posteriores de los modelos universales.

Galileo Galilei (1564-1642)

Galileo Galilei fue un astrónomo italiano que tubo un papel clave en la determinación de las leyes que rigen el movimiento de los cuerpos, la determinación precisa de las trayectorias de los proyectiles y astronómicamente comprobó, de manera empírica, qué es modelo heliocéntrico.

Sus aportaciones a nivel astronómico fueron muchas y muy determinantes para el desarrollo de los modelos modernos del universo. Especialmente destacado por sus observaciones de la luna y los estudios de los satélites que orbitan a Júpiter.

Isaac Newton (1642-1727)

Isaac Newton fue quien postulo las leyes universales de gravitación que describen la fuerza de atracción gravitacional de los cuerpos entre sí. Todo a través de un modelo matemático que ayudó a dar forma a las orbitas y a las futuras teorías sobre las deformaciones espaciales.

La obra de Isaac Newton fue muy disruptiva para su época ya que terminó por desmontar gran parte de los paradigmas místicos sobre el movimiento terrestre y dio forma a los modelos orbitales modernos.

Immanuel Kant (1724-1804)

Immanuel Kant fue el primero en proponer la que luego sería conocida como la teoría nebular, la cual establecía que la galaxia que conocemos se había formado por una acumulación masiva de polvo estelar que dio forma a los átomos y astros del universo observable.

Esta teoría sería decisiva en el futuro para la compresión del modelo de expansión universal y el origen del universo.

Albert Einstein (1879-1955)

Albert Einstein se reconoce en la actualidad, al igual que a Isaac Newton, como uno de los científicos más importantes de la historia moderna. Einstein fue quien propuso la teoría de la relatividad espacio temporal.

En su teoría, Einstein declara que los cuerpos con una cantidad lo suficientemente grande de masa, son capaces de deformar el espacio y el tiempo alrededor de ellos. Esto también podía aplicarse a nivel cosmológico como a una galaxia o a una estrella masiva.

Modelo actual del universo y el origen: Big Bang (1889-actual)

El modelo actual del universo se basa en el estudio de la teoría del Big Bang a través de la visión de la relatividad. En ella, científicos como Edwin Hubble establecieron que el cosmos y toda la materia conocida tubo su origen en un punto especifico super condensado que explotó, expandiéndose hasta dar lugar al universo observable.

El universo, que hasta hace 13.800 millones de años se encontraba a cantidades inimaginables de temperatura se enfrió lo suficiente para que las partículas que conocemos hoy día fueran posibles.

En este sentido, el universo se expande de manera lineal, abarcando el único plano que conocemos y podemos probar que existe, hasta ahora.

Gracias a la tecnología y las teorías de observación espacial hemos sido capaces de crear estimaciones de posición, que ha desmontado por completo la idea de un sistema solar central, de hecho, el sistema solar donde está ubicada la tierra se encuentra aproximadamente a dos tercios de distancia del centro galáctico en un brazo exterior de la vía láctea, que dista mucho de ser el centro del universo.

Es por esta razón que los esfuerzos para construir nuevos modelos universales se enfocan en el origen y futuro del macroverso, más que en perfeccionar el modelo geocéntrico y heliocéntrico ya conocidos.

Modelos alternativos del universo

A pesar de todas las bases científicas comprobables que tenemos actualmente entre manos, diferentes observaciones han dejado evidencias de que, sobre todo a nivel cuántico, las leyes universales parecen no encajar del todo.

En este sentido, las teorías de un universo lineal no sirven para explicar muchos fenómenos como el origen de la materia y la razón especifica que puedo haber detonado su expansión, el comportamiento de algunas masas de energía de gran tamaño y los misterios que se ocultan tras las porciones del universo que no podemos observar y tal vez nunca podamos.

A esto se le suman los descubrimientos en calidad de materia oscura, con la caída del modelo del universo desacelerado y la mecánica cuántica de las partículas subatómicas que no respetan del todo las leyes ya conocidas de la física.

Todas estas variables que quedan sin respuesta han dado paso a la postulación de nuevos tipos de universos teóricos que describa el origen y la evolución del universo (también imposibles de comprobar, por ahora). Las especulaciones sobre modelos alternativos del universo más fuertes son:

Universo de Branas o membranas

La teoría de cuerdas deja abierta la posibilidad de un multiverso formado por “branas” o membranas que se encuentran en constante movimiento con una relación de distancia desconocida entre sí pero conjeturalmente pequeña.

Dicho de alguna manera, la realidad se conforma de múltiples “nodos” y cada uno de estos nodos forman un universo en si mismo. La vibración y el movimiento de estos nodos llamados branas, producto de la gravedad y los planos espacio-temporales donde se encuentran, pueden ocasionar choques. De estas colisiones surge un Big Bang.

En la teoría de las branas, hay eventos como este teniendo lugar de manera constante, por lo que se crean de manera frecuente nuevos universos.

Esta es una simplificación extrema de la teoría, pero básicamente la cosmología de branas es imposible de comprobar en la actualidad, pero muchos grupos científicos trabajan en esta dirección.

Universo cíclico

El modelo cíclico del universo es el principal opositor de la teoría inflacionaria (un universo que se expande indefinidamente hasta quedar en la oscuridad). En este modelo, propuesto inicialmente por Einstein, el universo se da en ciclos de vida que bien pudieran iniciar con un Big Bang y luego contraerse en una versión opuesta o efecto látigo llamado Big Crush.

Esta teoría ha sido desmontada en múltiples ocasiones, pero el descubrimiento de la metería oscura y el establecimiento de la teoría-M (donde se introduce el concepto de branas) la revivió con una fuerza considerable.

Explicándolo de una manera extremadamente simplista, se cree que el universo es la combinación de 3 láminas paralelas entre sí, unidas por una fuerza opuesta e igual de poderosa (la materia oscura).

Las interacciones de estas laminas o branas crean “reinicios” constantes del universo, separados por cierta cantidad de millones de años unos con otros.

Universos burbuja

El universo burbuja es una de las teorías comprendidas dentro de los universos paralelos, que se basan inicialmente en la concepción del tiempo infinito y el espacio no observable en expansión.

En este modelo, cada universo funciona como una burbuja y cada una de estas burbujas puede contener nuevas burbujas en su interior. Además, la interacción entre burbujas puede dar pie a la formación de nuevos universos haciendo imposible determinar cuántos universos hay.

En este sentido, las grandes expansiones pueden darse en cualquier parte del cosmos y por ende, se pueden formar nuevos universos dentro de otros, pero manteniendo un cierto nivel de paralelismo entre ambos.

En este punto definir qué es un modelo heliocéntrico para conceptualizar el universo se hace absurdo.

Multiversos

El modelo de los multiversos tiene una infinidad de fuentes y teorías altamente conjeturales pero de las que se vienen hablando desde hace 800 años a.C. que sea dicho de paso no son tan incompatibles con otras teorías como las branas.

Para hacer un resumen responsable, el modelo de los multiversos establece que existe una porción infinita de universo y probabilidad de que entre esas porciones haya copias exactas de este, idénticas, totalmente opuestas o una mezcla de ambas.

Ya que la teoría del multiverso se sostiene de las posibilidades estadísticas que hay si se considera el espacio ilimitado, con un tiempo infinito, es imposible determinar cuántos universos existen o la relación que estos tienen en el entretejido del cosmos.

Los diferentes modelos del universo no solo son simples graficas de nuestras figuras astrales más cercanas, si no que se fundamentan en todo nuestro conocimiento del funcionamiento de la naturaleza, la materia y las leyes fundamentales del cosmos para dar forma a nuestro conocimiento sobre la existencia misma. Viéndolo de esta manera, es fácil maravillarse con la evolución de los distintos modelos cosmológicos y de lo mucho que aun nos falta por desvelar del universo.