En "Cálculo del cosmos", Ian Stewart presenta una guía estimulante para el cosmos, desde nuestro sistema solar hasta el universo entero. Comenzando con la integración babilónica de las matemáticas en el estudio de la astronomía y la cosmología, Stewart rastrea la evolución de nuestra comprensión del cosmos: cómo las leyes del movimiento planetario de Kepler llevaron a Newton a formular su teoría de la gravedad. Cómo, dos siglos después, pequeñas irregularidades en el movimiento de Marte inspiraron a Einstein a idear su teoría general de la relatividad. Cómo, hace ochenta años, el descubrimiento de que el universo se está expandiendo llevó al desarrollo de la teoría del Big Bang de sus orígenes. Cómo el origen y la expansión de un solo punto llevaron a los cosmólogos a teorizar nuevos componentes del universo, como la inflación, la materia oscura y la energía oscura. Pero, ¿explica la inflación la estructura del universo actual? ¿Existe realmente la materia oscura? ¿Podría una revolución científica que desafiará la ortodoxia científica de larga data y una vez más transformará nuestra comprensión del universo en camino? A continuación se muestra un extracto de "Cálculo del cosmos: cómo las matemáticas descubren el universo" (Basic Books, 2016).
Estos avances en la exploración y el uso del espacio dependen no solo de una tecnología inteligente, sino también de una larga serie de descubrimientos científicos que se remontan al menos hasta la antigua Babilonia hace tres milenios. Las matemáticas se encuentran en el corazón de estos avances. Por supuesto, la ingeniería también es vital, y se necesitaban descubrimientos en muchas otras disciplinas científicas antes de que pudiéramos hacer los materiales necesarios y ensamblarlos en una sonda espacial de trabajo, pero me concentraré en cómo las matemáticas han mejorado nuestro conocimiento del universo.
La historia de la exploración espacial y la historia de las matemáticas han ido de la mano desde los primeros tiempos. Las matemáticas han demostrado ser esenciales para comprender el Sol, la Luna, los planetas, las estrellas y la vasta panoplia de objetos asociados que juntos forman el cosmos, el universo considerado a gran escala. Durante miles de años, las matemáticas han sido nuestro método más efectivo para comprender, registrar y predecir eventos cósmicos. De hecho, en algunas culturas, como la antigua India alrededor de 500, las matemáticas eran una sub-rama de la astronomía. Por el contrario, los fenómenos astronómicos han influido en el desarrollo de las matemáticas durante más de tres milenios, inspirando todo, desde las predicciones babilónicas de eclipses hasta el cálculo, el caos y la curvatura del espacio-tiempo.
Inicialmente, el papel astronómico principal de las matemáticas era registrar observaciones y realizar cálculos útiles sobre fenómenos como los eclipses solares, donde la Luna oscurece temporalmente al Sol, o los eclipses lunares, donde la sombra de la Tierra oscurece la Luna. Al pensar en la geometría del sistema solar, los pioneros astronómicos se dieron cuenta de que la Tierra gira alrededor del Sol, a pesar de que se ve al revés desde aquí. Los antiguos también combinaron observaciones con geometría para estimar el tamaño de la Tierra y las distancias a la Luna y al Sol.
Los patrones astronómicos más profundos comenzaron a surgir alrededor de 1600, cuando Johannes Kepler descubrió tres regularidades matemáticas ('leyes') en las órbitas de los planetas. En 1679 Isaac Newton reinterpretó las leyes de Kepler para formular una teoría ambiciosa que describía no solo cómo se mueven los planetas del sistema solar, sino también el movimiento de alguna sistema de cuerpos celestes. Esta fue su teoría de la gravedad, uno de los descubrimientos centrales en su cambio de mundo. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural). La ley de gravedad de Newton describe cómo cada cuerpo en el universo atrae a todos los demás.
Al combinar la gravedad con otras leyes matemáticas sobre el movimiento de los cuerpos, iniciadas por Galileo un siglo antes, Newton explicó y predijo numerosos fenómenos celestes. En términos más generales, cambió la forma en que pensamos sobre el mundo natural, creando una revolución científica que todavía está avanzando en la actualidad. Newton demostró que los fenómenos naturales (a menudo) se rigen por patrones matemáticos, y al comprender estos patrones podemos mejorar nuestra comprensión de la naturaleza. En la era de Newton, las leyes matemáticas explicaban lo que sucedía en los cielos, pero no tenían usos prácticos significativos, aparte de la navegación.
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Todo eso cambió cuando la URSS Sputnik El satélite entró en órbita terrestre baja en 1957, disparando el arma inicial para la carrera espacial. Si ves fútbol en la televisión por satélite, o en ópera, comedias o documentales científicos, estás obteniendo un beneficio del mundo real de las ideas de Newton.
Inicialmente, sus éxitos lo llevaron a una visión del cosmos como un universo mecánico, en el que todo sigue majestuosamente los caminos establecidos en los albores de la creación. Por ejemplo, se creía que el sistema solar se creó prácticamente en su estado actual, con los mismos planetas moviéndose a lo largo de las mismas órbitas casi circulares. Es cierto que todo se movió un poco; Los avances del período en observaciones astronómicas lo habían dejado muy claro. Pero había una creencia generalizada de que nada había cambiado, cambiado o cambiaría de manera dramática durante incontables eones. En la religión europea era impensable que la creación perfecta de Dios pudiera haber sido diferente en el pasado. La visión mecanicista de un cosmos regular y predecible persistió durante trescientos años.
No más. Las innovaciones recientes en matemáticas, como la teoría del caos, junto con las poderosas computadoras de hoy en día, capaces de procesar los números relevantes con una velocidad sin precedentes, han cambiado en gran medida nuestra visión del cosmos. El modelo de reloj del sistema solar sigue siendo válido durante cortos períodos de tiempo, y en astronomía, un millón de años suele ser corto. Pero nuestro patio trasero cósmico ahora se revela como un lugar donde los mundos migraron, y lo harán, de una órbita a otra. Sí, hay períodos muy largos de comportamiento regular, pero de vez en cuando están marcados por estallidos de actividad salvaje. Las leyes inmutables que dieron lugar a la noción de un universo mecánico también pueden causar cambios repentinos y un comportamiento altamente errático.
Los escenarios que los astrónomos ahora imaginan son a menudo dramáticos. Durante la formación del sistema solar, por ejemplo, mundos enteros colisionaron con consecuencias apocalípticas. Un día, en un futuro lejano, probablemente lo volverán a hacer: hay una pequeña posibilidad de que Mercurio o Venus estén condenados, pero no sabemos cuál. Podrían ser ambos, y podrían llevarnos con ellos. Una de esas colisiones probablemente condujo a la formación de la Luna. Suena como algo sacado de la ciencia ficción, y es ... pero el mejor tipo de ciencia ficción "dura" en la que solo el fantástico invento nuevo va más allá de la ciencia conocida. Excepto que aquí no hay una invención fantástica, solo un descubrimiento matemático inesperado.
Las matemáticas han informado nuestra comprensión del cosmos en todas las escalas: el origen y el movimiento de la Luna, los movimientos y la forma de los planetas y sus lunas compañeras, las complejidades de los asteroides, los cometas y los objetos del cinturón de Kuiper, y la pesada danza celestial de Todo el sistema solar. Nos ha enseñado cómo las interacciones con Júpiter pueden arrojar asteroides hacia Marte y desde allí a la Tierra; por qué Saturno no está solo en poseer anillos; cómo se formaron sus anillos para empezar y por qué se comportan como lo hacen, con trenzas, ondas y extraños 'radios' giratorios. Nos ha mostrado cómo los anillos de un planeta pueden escupir lunas, una a la vez.
El reloj ha dado paso a los fuegos artificiales.
Extraído de "Cálculo del cosmos: cómo las matemáticas descubren el universo" de Ian Stewart. Copyright © 2016. Disponible en Basic Books, una impresión de Perseus Books, LLC, una subsidiaria de Hachette Book Group, Inc. Todos los derechos reservados.
