L' astrofisica es la branca de la fisica que estudia l' Univers i els cossos que conte, com ara els estels i les reaccions nuclears que es produeixen al seu interior, les galaxies , els forats negres , els pulsars , les estrelles de neutrons i el medi interestel·lar en general. La cosmologia es astrofisica teorica a gran escala.

Historia [ modifica ]

Si be els grans avancos de l'astrofisica s'han produit en l'epoca contemporania, no podem rebutjar els primers limitats descobriments dels autors classics com Eudox de Cnidos , Hiparc i Ptolemeu . Aquests astronoms es decantaren pel geocentrisme .

S'hauria d'esperar al segle  xvi per trobar un astronom que posi en questio el sistema geocentric de Ptolemeu . I aquest va ser Copernic (Nikolaj Kopernik), astronom polones nat el 19 de febrer del 1473 a Torun , Polonia . Entre altres materies, estudia astronomia a Bolonia amb Domenico Maria Novara . ^[1] Novara es un dels primers cientifics que posa en questio el sistema geocentric de Ptolemeu . L'interes de Copernic per la geografia i l' astronomia fou estimulat pel seu professor. Ells dos observaren nombroses ocultacions: eclipsis de lluna , aixi com l'ocultacio de l' estel Aldebaran el 9 de marc del 1497 a Bolonia . Torna a Polonia i construi un observatori a Frauenburg (avui Frombork), on fa les seves recerques d'astronomia. Durant set anys escriu Hypothesibus Motuum Coelistium a se Contitutis Commentariolus ^[2] (conegut amb el titol de Commentariolus ), ^[3] curt tractat d'astronomia, que acaba el 1515 , i que no sera publicat fins al segle  xix . Es en aquesta obra en que anuncia els seus principis de l'astronomia heliocentrica , que revolucionara la comunitat cientifica del seu temps. Escriu l'obra De Revolutionibus Orbium Coelestium , acabada el 1530. ^[4] Aquesta obra magistral, de la qual va sorgir el pensament cientific modern i la imatge de l'Univers mes acceptada fins al principi del segle  xx , no sera publicada fins al 24 de maig del 1543 , poc abans de la seva mort, per un impressor de Nuremberg .

El sistema de Copernic descansa sobre l'observacio que la Terra volta a l'entorn seu, una volta cada dia, la qual cosa explica el moviment diurn de l' esfera celeste . Postula, igualment, que la Terra fa una volta al Sol ( heliocentrisme ) cada any. Afirma tambe que els altres planetes fan el mateix a l'entorn del Sol. Copernic avanca igualment que la Terra oscil·la sobre el seu eix, la qual cosa explicaria la precessio . La teoria de Copernic ataca la de Ptolemeu , i la cosmologia, la fisica , fins i tot la filosofia d' Aristotil . Copernic conserva, de tota manera, alguns elements de l'antic sistema. La idea de les esferes solides, o l'esfera dels fixos. El nou sistema proposat per Copernic te certs avantatges sobre el del seu predecessor. Explica, entre d'altres, el moviment diari del Sol i dels estels per la rotacio terrestre. Tambe explica el moviment del Sol durant l'any. Igualment explica el moviment retrograd dels planetes exteriors , ( Mart , Jupiter i Saturn ). La seva teoria pren en compte tambe els planetes interiors ( Venus i Mercuri ). Copernic avanca tambe una teoria sobre l'ordre dels planetes, les seves distancies, i, per conseguent, el periode de revolucio . Copernic contradiu Ptolemeu dient que com mes gran es l' orbita d'un planeta, mes gran es el temps que caldra perque faca una revolucio completa al Sol. Teoria que sera aprofundida, mes tard, per Isaac Newton , en els Principia Mathematica , obra publicada el 1687 . ^[5]

A la meitat del segle  xvi , les teories de Copernic , estaven lluny de tenir una rapida difusio. El primer filosof que s'hi adheri fou Giordano Bruno , el qual obtingue d'aquestes teories un conjunt de consequencies que, des del punt de vista de la cosmologia del segle  xx , son extremadament clarividents. Giordano Bruno , que no era estrictament un astronom , sino un filosof , fou l'unic que accepta les tesis copernicanes a la segona meitat del segle  xvi . En les seves obres, publicades entre els anys 1584 i 1591 , s'hi mostrava entusiasmat. ^[6] Bruno mantenia la idea que, si es restituia a la Terra el moviment de rotacio, el moviment diurn estel·lar esdevenia una il·lusio, i ja no hi havia cap motiu per a pensar que els estels equidistaven del centre, ni que la regio estel·lar fos finita. Thomas Digges ja havia arribat a aquesta conclusio el 1576 . Pero, segons ell, la regio estel·lar infinita era la llar de Deu , els angels i els benaventurats. El 1584 , Bruno publica dos importants dialegs filosofics en els quals elimina les esferes planetaries abans que ho fessin Christoph Rothmann , el 1586 , i despres Tycho Brahe , el 1587 . Concep la idea d'un cel fluid, ple d'una substancia ( aire pur, eter , o spiritus ) que no oposa resistencia al moviment dels astres , que es mouen per propi impuls. Abandona la idea de jerarquia dins l'Univers. La Terra es un astre mes. Bruno afirma tambe que l' Univers es homogeni , ple dels quatre elements (aigua, terra, foc i aire), que componen tambe els astres , i sotmesa la materia a una unica llei universal i necessaria. Pero, si no hi ha diferencies entre els astres , i entre la Terra i el cel , entre el Sol i els estels , aixo implica que el Sol es un estel mes, i els estels son sols. Si l' Univers es homogeni , com diu Bruno , els altres estels tambe tenen planetes . Aixi l' Univers esdeve homogeni , i infinit , tant en l' espai com en el temps . El conjunt format pel Sol i els planetes es la unitat fonamental de l' Univers infinit . Segons Bruno , la potencia infinita d'un Deu infinit crea necessariament un Univers infinit , format per un nombre infinit de sistemes solars , separats per vastes regions plenes d' eter , perque l' espai buit no existeix. Bruno no arriba al concepte de galaxia . Els cometes son part del synodus ex mundis , astres , i no -com sostenien altres autors- criatures efimeres, instruments divins, nuncis de la providencia. El cometa es un mon, es a dir, un astre permanent, format pels quatre elements . La seva concepcio cosmologica esta marcada per la infinitud , l' homogeneitat , i la isotropia . La unitat es el sistema planetari . La materia esta unida a un principi actiu animista , i intel·ligent, d'estructura discontinua, feta d' atoms . Amb aquesta perspectiva materialista i animista , infinitista i atomista , Giordano Bruno anticipa les notes essencials de la cosmologia del segle  xx .

Es pot dir que la mecanica i l'astrofisica, tal com les entenem avui, comencen amb Galileu . Amb les seves investigacions neix un corpus de teories que coneixem com a fisica classica . El 1581 , Galileu entra a la Universitat de Pisa per estudiar medicina, pero acaba interessant-se per les matematiques. Demostra que Aristotil estava equivocat en suposar que la rapidesa de caiguda dels cossos es proporcional al seu pes. Per demostrar-ho, mesura el temps de caiguda de pesos llencats des de la torre inclinada de Pisa; descobreix l' isocronisme del pendol observant les oscil·lacions d'un candeler a la catedral. El 1592 , Galileu esdeve professor de matematiques a la Universitat de Padua , on resta 18 anys. Construi un aparell de mesura, el sextant , treballa en una explicacio de les marees basada en les teories copernicanes, i escrigue un tractat de mecanica mostrant que les maquines no creen energia, pero la transformen. El 1604 , a causa de l'aparicio d'una nova , Galileu disputa amb els filosofs que sostenien la tesi d' Aristotil sobre la immutabilitat del cel . Kepler postula ( 1609 ) la seva primera, i segona llei. ^[7] La primera diu: l' orbita d'un planeta a l'entorn d'un estel es una el·lipse , amb l'estel en un dels focus . La segona: una linia que va d'un planeta al seu estel escombra arees iguals, durant intervals iguals de temps. Poc temps despres, enuncia la tercera llei ( 1618 ): el quadrat del periode sideral d'un planeta orbitant es directament proporcional al cub del semieix major de la seva orbita. Per un altre costat, Galileu, el 1609 , ja te un nou telescopi holandes, al qual aplica els seus descobriments cientifics , i comenca a construir els seus propis telescopis totalment diferents dels dels Paisos Baixos . Al final del 1609 , Galileu tenia un telescopi de 20 augments, que li permetia estudiar els craters de la Lluna i distingir els estels de la Via Lactia . Descobreix quatre satel·lits de Jupiter . Publica els seus descobriments el 1610 , cosa que provoca grans controversies perque els altres cientifics no disposen de telescopis que puguen confirmar les seves observacions.

Sir Isaac Newton , nat el 25 de desembre del 1642 , i mort el 20 de marc del 1727 , va ser un alquimista , matematic , cientific , i filosof , que publica Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ( 1687 ), en que descriu la gravitacio universal i les tres lleis del moviment (lleis de la inercia), base de la mecanica classica. Newton fou el primer que demostra que les lleis naturals governaven els moviments de la Terra i del cel. Newton tambe crea un model matematic per a les lleis de Kepler del moviment dels planetes. Volia tambe ampliar les seves lleis argumentant que les orbites (com les dels estels amb cua) no eren solament el·liptiques ; sino que tambe podien ser hiperboliques i paraboliques . Newton tambe demostra que la llum blanca estava composta d'una mescla dels altres colors. Son tambe notables els seus arguments a favor que la llum esta composta de particules .

Laplace creia en el determinisme , segons el qual el mon esta governat per lleis matematiques immutables. ^[8] Segons aquesta hipotesi, si un esser conegues la posicio de totes les particules de l'Univers, i les forces que les mouen, podria coneixer tant el passat com el futur.

Amb les primeres decades del segle  xx , arriba l'epoca daurada de l'astronomia; fa un segle, hom pensava que l'Univers es limitava a la Via Lactia . Es creia que hi havia, potser, uns mil milions d'estels, i entre aquests estels unes taques borroses que pareixien estels emergents, o tal vegada moribunds. Edwin Hubble i d'altres demostraren que moltes d'aquestes taques eren vertaderes galaxies. En efecte, l'abril del 1920 , un viu debat enfronta els estatunidencs Harlow Shapley , i Heber Doust Curtis . Hubble ho resolgue tres anys mes tard, quan demostra l'existencia de galaxies exteriors a la nostra. ^[9]

L' astrofisica moderna esta basada en els seguents pilars: els descobriments de la mecanica classica, que donen resultats acurats per explicar algunes observacions astronomiques; la teoria de la relativitat general , publicada el 1916 ; la llei de Hubble-Lemaitre , ^[10] publicada el 1927 i 1929 , que relaciona la distancia d'una galaxia amb el desplacament cap al roig del seu espectre; i el model estandard de fisica de particules , que si be es basa en descobriments fets des de finals del segle  xix , fou formulat com el coneixem actualment a la decada del 1970; i la teoria quantica de camps relativista per a sistemes que es mouen a gran velocitat, prop de la velocitat de la llum, i en els quals interve la mecanica quantica .

Referencies [ modifica ]