El Principio Cosmológico:

Desde el planeta en el que habitamos, minúsculo planeta, a 150 millones de kilómetros de una estrella enana amarilla, de 4.600 millones de años de existencia, y con tipo espectral G2V en el diagrama de Herszprung-Russell, respecto de la cual orbita, y que a su vez está situada dentro de uno de los brazos estelares de una gran galaxia espiral, estudiamos el resto del Universo conocido usando las leyes válidas en nuestro planeta.

Para estudiar el Cosmos utilizamos las leyes de la Física que hemos descubierto a lo largo de la historia del pensamiento. Empleamos leyes tales como:

Las Leyes de Kepler:

Primera Ley:

1. Todos los planetas se deslazan alrededor del Sol siguiendo una trayectoria elíptica, una elipse, en uno de cuyos focos se encuentra emplazado el Sol.

O bien, más precisamente:

1. Bajo la fuerza de atracción gravitacional de un objeto astronómico el movimiento de otro objeto a su alrededor sigue una trayectoria cónica (círculo, elipse, parábola, hipérbola).

Segunda Ley:

2. El radio vector de origen en el Sol y extremo en el punto de posición de cada planeta recorre áreas iguales en tiempos iguales.

Tercera Ley:

3. Los cuadrados de los periodos siderales de revolución de los planetas alrededor del Sol son proporcionales a los cubos de los semiejes mayores de sus órbitas elípticas.

Las leyes de la gravitación. La Ley de Newton, por ejemplo:

La ley descubierta por Newton nos indica que los objetos se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas en inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:

(G es la "constante de gravitación" o "constante de Newton". Su valor viene dado por G = 6.67 x 10^-11 N.m²/kg²)

La Ley de Wien:

La llamada Ley de Wien afirma que todo cuerpo caliente a temperatura absoluta T emite fotones con una longitud de onda L que está relacionada con la temperatura absoluta T por la expresión:

L.T = r donde es r una constante, llamada "constante de Wien", cuyo valor es r = 2.897x10^-3 m.K.

La ley de Wien nos permite, por ejemplo, determinar la temperatura superficial de una estrella lejana si conocemos la longitud de onda L de los fotones que emite, pues, al despejar, se tiene T = r/L. De esta manera, por ejemplo, podemos determinar que la temperatura superficial del Sol, nuestra estrella, es de unos 5.800 kelvins.

La Ley de Stephan-Boltzman:

La energía emitida por un objeto a temperatura absoluta T es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura:

Em = s.T⁴ (s es la llamada "constante de Boltzman", y su valor es s = 5.7 x 10^-8 w/m²)

Las leyes de Maxwell del Electromagnetismo:

Son estas cuatro expresiones, en las que representa el campo eléctrico y el campo magnético

( es la densidad de corriente, r es la densidad de carga eléctrica, c es la velocidad de la luz)

El Efecto Doppler:

En el espectro emitido por un objeto se verifica que las líneas de emisión se desplazan hacia el azul si el objeto se aproxima a nosotros, y se desplazan hacia el rojo si el objeto se aleja, es decir, presenta una longitud de onda, L, en reposo y otra longitud de onda, L', cuando está en movimiento. La velocidad del objeto viene dada por

(c es la velocidad de la luz, velocidad máxima de propagación de las interacciones. Su valor es, aproximadamente, de 300.000 kms/s)

La Teoría de la Relatividad de Einstein:

Desarrolla fundamentalmente los principios siguientes:

La velocidad de la luz, constante y única, es la velocidad máxima de propagación de las interacciones.

La masa gravitatoria deforma el espacio-tiempo, provocando la desviación de los fotones luminosos.

La masa puede convertirse en energía de acuerdo con la relación E = m.c², donde c es la velocidad máxima de propagación de las interacciones.

Los Principios de la Termodinámica:

Primer Principio. Enunciados varios:

"Es equivalente el trabajo y el calor".

"Cualquiera que sea el procedimiento empleado para convertir el trabajo en calor o el calor en trabajo, existe una relación constante J (llamado equivalente mecánico del calor) entre el trabajo W y la cantidad de calor Q que intervienen en una serie cualquiera de transformaciones si el estado final del sistema es idéntico al estado inicial, y tal que W/Q = J, es decir, W - J.Q = 0"

Segundo Principio. Enunciados varios:

"Es imposible realizar una transformación cuyo único resultado sea la conversión en trabajo del calor extraído de una fuente a temperatura uniforme".

"Una máquina térmica solo puede realizar un trabajo absorbiendo calor desde un manantial a temperatura superior (caliente) y cediéndolo en parte a un manantial a temperatura inferior (frío )".

"El calor no puede pasar espontáneamente desde un cuerpo más frío a otro más caliente".

"Es imposible realizar una transformación termodinámica cuyo único resultado sea el paso de calor desde un cuerpo frío a otro más caliente".

"En cada entorno de cualquier estado termodinámico existen estados que son inaccesibles mediante transformaciones adiabáticas (es decir, realizadas sin intercambio de calor con el exterior del sistema)".

"Todos los fenómenos naturales son irreversibles".

"La energía del universo degenera constantemente, y su entropía aumenta constantemente". (Considerando el universo como un sistema aislado).

Tercer Principio. Enunciados varios:

"La variación de entropía asociada a cualquier proceso térmico reversible de un sistema condensado tiende a cero cuando la temperatura tiende al cero absoluto".

"Es imposible imaginar un procedimiento que permita llevar un sistema a la temperatura del cero absoluto mediante un número finito de operaciones". "La entropía S de un sistema está relacionada con su probabilidad P por la fórmula S = k.log P + S0".

"Cuanto mayor es el desorden o caos de las moléculas de un sis-tema aislado (mayor entropía) mayor es la probabilidad de que se encuentre en un determinado estado".

Pensamos que éstas y otras leyes, válidas en nuestro entorno inmediato, en nuestro planeta y en el ámbito del Sistema Solar, han de ser válidas también en el resto del Cosmos. Pero ¿lo que es válido en el entorno de nuestro planeta y de nuestra estrella será válido también en otras zonas de la galaxia? ¿Y en otras galaxias?. ¿Y en cúmulos galácticos lejanos?. ¿Qué es lo que nos hace pensar que esto es así?.

Es un principio de pensamiento por el cual admitimos que las leyes de la Física son validas e invariantes en todo el contexto del Cosmos; por el cual admitimos que el Universo tiene las mismas propiedades locales en todas partes. Es decir, que las leyes lógicas no dependen de localizaciones especiales en el contexto del Universo, ni hay propiedades explicables en unos sistemas galácticos y no explicables en otros. Ese principio de pensamiento es lo que se da en llamar el Principio Cosmológico.

Si admitimos como válido el Principio Cosmológico estamos admitiendo, por ejemplo, que la velocidad que tiene la luz, 300.000 kms/seg, es la velocidad máxima de propagación de las interacciones. Y que eso ocurre aquí, en nuestro Sistema Solar, lo mismo que en la Galaxia de Andrómeda, o en cualquier cúmulo estelar o galáctico del Cosmos. De hecho, usamos en el lenguaje común de la Astronomía, la medición de distancias "en años luz" para indicar la distancia que, en cualquier parte del Cosmos, recorrería la luz en un año a la antedicha velocidad.

El Principio Antrópico:

Como vemos, en lo anteriormente descrito, las leyes de la Física utilizan constantes universales, constantes que, por Principio Cosmólógico, suponemos idénticas en todos los lugares del Cosmos. Pero, nos preguntamos, ¿qué sucedería si esas constantes fijas en todos los lugares del Cosmos hubieran tenido valores diferentes?. ¿Funcionaría igual el Cosmos?.

¿Qué hubiera sucedido si la constante de gravitación hubiera sido otra?, o, que hubiera sucedido si la velocidad de expansión inicial del Big Bang hubiera sido mayor? ¿Y si hubiera sido menor?.

Si la constante de gravitación hubiera sido mayor, solo levemente mayor, las estrellas se consumirían a mayor velocidad y, posiblemente, nunca hubiera sido posible la existencia de planetas con condiciones adecuadas para la existencia de la vida. No hubiéramos existido nosotros.

Si la velocidad de desintegración de los átomos de hidrógeno en el Sol hubiera sido diferente, y sólo levemente diferente, no hubiera sido posible la formación del carbono, imprescindible para la vida. No hubiéramos existido nosotros.

Si la velocidad inicial de la gran explosión hubiera sido mayor, y solo levemente mayor, no hubiera sido posible la condensación de materia que se acumula formando los sistemas galácticos y demás estructuras estelares. Por el contrario, si esa velocidad inicial hubiera sido menor, sólo levemente menor, la materia se hubiera retrotraído, colapsado, y, en ambos casos no hubiera existido universo. No hubiéramos existido nosotros.

En definitiva, podemos pensar, entonces, que las constantes que definen las leyes de la física son precisamente aquellas que permiten que nosotros existamos. Dicho de otra manera, el universo se ha constituido para que el hombre pueda existir en él. Esta afirmación es lo que se da en llamar Principio Antrópico.

No es necesario indicar que el Principio Antrópico no está universalmente aceptado. Es fuente de múltiples controversias por lo que tiene de especulativo, y, por supuesto, no es un principio asumible por la Astronomía. Existen muchos físicos que consideran la posible existencia de otros big bang, de otros universos, donde las constantes de la fisica fueran diferentes y en los cuales no podría existir la vida. En este sentido, nuestro universo es algo casual, algo extraordinario y algo único.