3 Estudiosos Que Lograron Descubrir Las Leyes Del Universo

En la vida universal, no solo la de los humanos, el Universo se rige por ciertos comportamientos que son los que explican su gran funcionamiento, de aquí las Leyes Del Universo. De esta forma, también nuestro entorno se mantiene en un completo orden, ya que siempre es necesario que el hombre elabore unas cuantas leyes o normas que expliquen las actitudes de lo que está ocurriendo alrededor o de lo que debe hacerse, en el caso jurídico.

Por otra parte, en la astronomía las leyes creadas no han sido una creación del ser humano. Tales leyes son constantes que explican lo que es el buen funcionamiento o el comportamiento de nuestro Universo. De hecho, a partir de las leyes del Universo es que se puede dar pie a los estudios del todo en el espacio. Esto incluye el movimiento de las estrellas, los planetas, los meteoritos, cometas, entre otros.

Además de esto, existen también fenómenos del Universo. En cuanto a este aspecto, hasta ahora el hombre no ha podido entender su naturaleza real. La razón de esto es que resultan parte de un misterio, pero es posible que dichas anomalías actúen en base a sus propias leyes, que dan movimientos en el espacio. Un ejemplo de esto, es el caso de la energía oscura. Aún no se sabe con precisión lo que es realmente ni el por qué de su comportamiento acelerado.

El nombre de la energía oscura, precisamente surge porque la energía no puede visualizarse y conforme a la oscuridad de ese fenómeno es que se conoce su comportamiento, que resulta un movimiento expansivo a nivel universal. Por este motivo, es necesario explicar algunas leyes universales que han sido descubiertas por grandes estudiosos.

Leyes de Kepler

Como bien se ha mencionado, ningún ser humano las ha impuesto, más bien han descubierto que el Universo se rige por algunas leyes para poder actuar en todo su esplendor. Así, mediante estudios, los científicos han descubierto las leyes en las que el Universo se ha basado a lo largo de su funcionamiento. Aportando así, información que ayude al ser humano a conocer todo el cosmos o que sirva de colaboración para estudios posteriores.

Uno de estos grandes estudiosos y colaboradores en la ciencia, fue el famoso científico de la astronomía, Johannes Kepler. Kepler estudió de tal manera los astros en el espacio universal que creó lo que hoy llamamos las Leyes de Kepler. No es una sola, sino tres leyes que tratan lo que refiere al movimiento de los planetas del Sistema Solar. Dichas leyes fueron formuladas a principios del siglo XVII. No obstante hoy en día se mantienen vigentes y funcionan como base de estudios precedentes sobre el comportamiento del Universo.

Kepler basó sus leyes en datos planetarios para poder comprender los movimientos. Dichos datos fueron reunidos también por el astrónomo danés Tycho Brahe, de quien fue ayudante. Por esta razón los datos continúan en investigación científica. Las propuestas que surgieron de estas investigaciones, rompieron con la vieja afirmación que tenía siglos y que aseveraba que los planetas se movían en órbitas con forma de círculos. Estas son las tres leyes elaboradas por Kepler:

La Primera ley de Kepler

En esta ley, Kepler explicaba que las órbitas en los planetas giran alrededor del Sol. Sin embargo, agrega que en lugar de ser circulares, son órbitas son elípticas y en las que el Sol ocupa uno de los focos de la elipse. Es decir, el centro de esta ley se basa en explicar que las órbitas que están alrededor del Sol, son elípticas.

Más adelante, Tycho Brahe realizó observaciones en las que Kepler tomó la decisión de determinar si las trayectorias de los planetas podrían describirse con una curva. Sin embargo, por ensayo y error, logró descubrir que una elipse podría describir acertadamente la órbita de un planeta sobre el Sol. Principalmente, las elipses son definidas por la longitud de los dos ejes que poseen.

En cuanto a la medida, en comparación con un círculo se puede decir que éste tiene el mismo diámetro hacia arriba y hacia abajo, si se le mide a lo ancho. Pero por otra parte, una elipse tiene diámetros de diversas longitudes, siempre debe ser así ya que no tiene una forma en la que todos sus lados tienen la misma medida, como sí ocurre con el círculo. De hecho, al eje más largo se le llama eje mayor, y el más corto se le llama eje menor.

Toda esta explicación, viene a relucir  ya que de acuerdo a esa distancia es que se conoce que los planetas se mueven en elipses, aunque en realidad las órbitas son casi circulares. Además de los planetas, los cometas también son un buen ejemplo de objetos en nuestro Sistema Solar que pueden tener órbitas muy elípticas.

Cuando Kepler logró determinar que los planetas tienen movimientos alrededor del Sol en forma de elipses, fue el momento en el que descubrió otro hecho interesante. Kepler evidenció sobre el hecho de que las velocidades de planetas varían, a medida que circundan al Sol.

La Segunda ley de Kepler

Esta ley es la que le da continuidad al descubrimiento anterior. Esto implica que es aquí donde Kepler explica sobre la velocidad de los planetas. Además de esto, en este punto específico es donde afirma que las áreas barridas por el segmento que une al Sol con el planeta, son también proporcionales a lo que son los tiempos empleados para describirlas. De esta manera, se mide la velocidad de los planetas, trayendo como consecuencia que cuánto más cerca está el planeta del Sol, con mayor rapidez se mueve.

Esta segunda ley fue descubierta por Kepler por ensayo y error. Este exploración, fue dada a luz cuando Kepler notó que la línea que conecta a los planetas y al Sol, abarca igual área en el mismo lapso de tiempo. Luego de esto, Kepler encontró que cuando los planetas están cerca del Sol en su órbita, se mueven más rápidamente que cuando están más lejos. Este trabajo, llevó a Kepler a obtener un importante descubrimiento acerca de las distancias de planetas.

La Tercera ley de Kepler

Ya en esta tercera ley, no solo explica la velocidad. En este aspecto se explica sobre todo sobre la distancia. El comportamiento de los planetas, de acuerdo a la distancia de los mismos. Por esta razón, en esta tercera ley Kepler enfatiza en que los cuadrados de los periodos siderales de revolución de los planetas que giran en torno al Sol, son proporcionales a los cubos de los semiejes mayores de sus órbitas elípticas.

De acuerdo a esta ley es que se permite colegir que son los planetas más lejanos al Sol, aquellos que orbitan a menor velocidad que los más cercanos. De esta manera se deduce que el período de revolución, depende de la distancia al Sol. El resultado de esto se obtuvo a través de la siguiente fórmula matemática: P2 = a3. Con esta fórmula se explica que los planetas lejanos del Sol son los que tardan más tiempo en circundarlo, a diferencia de los que se encuentran cercanos al Sol.

Leyes de Isaac Newton

A partir de las leyes existentes a nivel científico, el astrónomo, físico y matemático Isaac Newton, ejecutó un trascendental papel en su labor. Lo que hizo Newton, fue dar a entender el recorrido orbital de la luna y de cada uno de los satélites artificiales que han sido lanzados al espacio para la investigación científica.

Una de las leyes que explican el comportamiento del Universo y de los cuerpos que están dentro de él, es la conocida ley de la gravitación o ley de gravedad. Esta ley fue formulada por Isaac Newton en 1684. De acuerdo a lo estudiado por Newton, la atracción de la gravedad entre dos cuerpos es directamente equitativo a lo que es el producto de sus masas. No obstante, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que pueda haber entre ellos.

Esta ley que es llamada ley de gravitación universal, se trata de una ley de física clásica. Podría decirse que además es fundamental en la ciencia, ya que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa. Quien formuló esta ley, fue Isaac Newton y la publicó a través de su libro denominado Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, del año 1687. En este libro es donde por primera vez se establece una relación cuantitativa de la fuerza con que se atraen dos objetos con masa.

Lo que demuestra esta explicación es que la relación se deduce empíricamente a través de la observación. De esta forma, Newton concluyó que la fuerza con que se atraen dos cuerpos con masa desigual, únicamente depende del valor de sus masas y del cuadrado de la distancia que los separa.

Segunda ley de Newton

Newton también logró determinar el comportamieto que hay entre grandes distancias de separación entre cuerpos. En este sentido, se observó que la fuerza de estas masas actúa de manera muy aproximada. Esto es como si toda la masa de cada uno de los cuerpos quedase concentrada exclusivamente en la médula de gravedad. Quiere decir que es como si dichos objetos fuesen solamente un punto. Es lo que permite reducir considerablemente la complejidad de las interacciones entre cuerpos complejos.

La segunda ley que describe Newton, explica la aceleración de dicha gravedad. Conforme a esto se explica el efecto de la atracción gravitatoria terrestre. Esto indica que la aceleración que soporta un cuerpo es proporcional a la fuerza que se ejerce sobre él, se obtiene que la aceleración que sufre un cuerpo debido a la fuerza de la gravedad ejercida por otro. Significa que dicha aceleración es independiente de la masa que presenta el objeto, exclusivamente depende de la masa del cuerpo que ejerce la fuerza y de su distancia.

Por supuesto, es conforme a que ambas masas estén relacionadas por una constante de proporcionalidad. Lo que implica que precisamente la masa de dicho objeto pueda ser introducido en la ley de la Gravitación Universal, en su forma más simple y únicamente por simplicidad. Por esta razón es necesario que para este estudio, se hayan tenido dos cuerpos de diferente masa.

Un ejemplo que hay entre dos masas con diferentes masas, son la Luna y un satélite artificial. Por supuesto, esto aplica solo mientras el satélite tenga una masa de unos cuanto kilogramos. En este caso están a la misma distancia de la Tierra, la aceleración que produce esta sobre ambos es exactamente la misma. Como esta aceleración tiene la misma dirección que la de la fuerza, es decir en la dirección que une ambos cuerpos.

¿Cómo funciona esta ley?

Lo que produce el efecto de aceleración de gravedad es que si sobre ambos cuerpos no se ejerce ninguna otra fuerza externa, estos se moverán describiendo órbitas entre sí. Conforme a este comportamiento se describe perfectamente el movimiento planetario. O específicamente del sistema entre la Tierra y la Luna.

También se trata esta ley con los cuerpos de caída libre, aproximándose un cuerpo hacia el otro, como ocurre con cualquier objeto que soltemos en el aire y que cae irremediablemente hacia el suelo, en la dirección del centro de la Tierra. Gracias a esta ley se puede determinar la aceleración de la gravedad, produciendo así un cuerpo cualquiera situado a una distancia dada. Un ejemplo de esto es la deducción de que la aceleración de la gravedad que nos encontramos en la superficie terrestre se debe a la masa de la Tierra.

Significa que la aceleración que sufre un objeto al caer es prácticamente la misma en el espacio, a la distancia donde se encuentra la Estación Espacial Internacional. Lo que implica que es un 95% de la gravedad que tenemos en la superficie, únicamente una diferencia de un 5%. Es importante recordar que el hecho de que los astronautas no sientan la gravedad, no es porque ésta allí sea nula. Más bien es por su estado de ingravidez o de caída libre continua.

Por otra parte, la gravedad que ejerce una persona sobre otra, situada a un metro de distancia, para una persona de unos 100 kg, es un hecho por el que no sentimos la gravedad que ejercen cuerpos poco masivos como nosotros.

Limitaciones de las leyes de Newton

La verdad es que la ley de la gravitación universal se aproximación lo suficiente para poder describir el comportamiento de un planeta alrededor del Sol. E incluso explica el mismo movimiento de un satélite artificial que esté relativamente cercano a la Tierra. En la época del siglo XIX se logró observar algunos pequeños problemas que no se conseguían resolver.

Estos inconvenientes eran similares al de las órbitas de Urano, que sí pudo resolverse tras el descubrimiento de Neptuno. Especialmente, se encontraba la órbita del planeta Mercurio, la cual en lugar de ser una elipse cerrada, tal y como predecía la teoría de Newton. Se trata de una elipse que en cada órbita va rotando, de esta forma el punto más cercano al Sol, llamado perihelio, se desplaza ligeramente. Exactamente unos 43 segundos de arco por siglo, en un movimiento que se conoce como precesión.

En este punto, al igual que con el caso de Urano, también se postuló la existencia de un planeta más interno al Sol. A este planeta se le llamó Vulcano, que además no habría sido observado por estar tan próximo al Sol y quedar oculto por su brillo. Pero la verdad, este planeta no existe. De todas formas su existencia era inviable. Esto implica que dicho problema no pudo resolverse, hasta la llegada de la Relatividad General de Einstein.

Aparte de este inconveniente, actualmente la cantidad de desviaciones observacionales existentes que no se pueden explicar bajo la teoría newtoniana son varias: Una de ellas es la ya mencionada órbita del planeta Mercurio, que no es una elipse cerrada tal como predice la teoría de Newton. En tal caso no se trataría de una ley, sino de una teoría fallida, ya que es una cuasi-elipse que gira secularmente. Esto produce el problema del avance del perihelio que fue explicado por primera vez solo con la formulación de la teoría general de la relatividad.

Efecto Doppler

Es necesario conocer, además de las leyes antes mencionadas, lo que es el Efecto Doppler, ya que trata de una variación de la longitud de onda de la luz. El efecto es llamado así en honor al físico austriaco Christian Andreas Doppler. En él explica lo que es el cambio de frecuencia aparente de una onda producida por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador. Lo que explica este efecto, además, es la radiación electromágnética y el sonido de los cuerpos, conforme a su movimiento.

Un ejemplo del Efecto Doppler, es el sonido de un motor de un carro de cerca. Ya que al estar lejos, se escucha menos fuerte que estando cerca. De la misma manera ocurre desde el momento en que una estrella o una galaxia entera se aleja y ocurre porque su espectro es desplazado hacia el azul, pero cuando se aleja es desplazado hacia el rojo. Incluso actualmente las galaxias que están en la mira son desplazadas hacia el rojo, lo que significa que se alejan de la Tierra.

Cotidianamente ocurren ejemplos del efecto Doppler en los que la velocidad a la que se mueve el objeto que emite las ondas es comparable a la velocidad de propagación de esas ondas. Como ejemplo tenemos la velocidad de una ambulancia (50 km/h), aunque quizás parezca insignificante respecto a la velocidad del sonido al nivel del mar (unos 1235 km/h).

No obstante, se trata de un aproximado de un 4% de la velocidad del sonido, esta fracción es lo suficientemente grande como para incitar a que se evalúe con claridad el cambio del sonido de la sirena desde un tono más agudo a uno más grave, justo en el momento en que el vehículo pasa junto al observador.

Espectro visible

El espectro visible de la radiación electromagnética, explica que si el objeto se aleja, su luz se traslada a longitudes de onda más largas. Esto produce un corrimiento hacia el rojo. Además, si el objeto se acerca, su luz presenta una longitud de onda más corta, de esta forma se desplaza hacia el azul. La desviación que produce hacia el rojo o el azul, es insignificante incluso para velocidades elevadas, como las velocidades concernientes entre estrellas o entre galaxias.

Por otro lado, en cuanto a la visibilidad al ojo humano, este no puede captar el espectro, solamente puede medirlo indirectamente utilizando instrumentos de precisión como espectrómetros. Si el objeto emisor se moviera a fracciones significativas de la velocidad de la luz, sí podría ser apreciable de forma directa la variación de longitud de onda. El efecto Doppler es de gran utilidad en astronomía, y se manifiesta en el denominado corrimiento al rojo o corrimiento al azul.

Este efecto lo usan los astrónomos para medir la velocidad a la que estrellas y galaxias están acercándose o alejándose de la Tierra. Esto trata sobre las velocidades radiales del efecto Doppler. Se trata de un fenómeno físico que se usa sobre todo para poder detectar estrellas binarias, para medir la velocidad de giro de las estrellas y galaxias. Aunque también sirve para detectar exoplanetas cercanos a la Tierra o a los satélites lanzados al espacio.

Lo más importante tomar en cuenta que el desplazamiento al rojo también se utiliza para medir la expansión del espacio. En este caso no se trata realmente de un efecto Doppler.​ El uso sobre la luz en astronomía depende del conocimiento que se tiene de que los espectros de las estrellas no son homogéneos. Conforme a los estudios, se exhiben líneas de absorción bien definidas de las frecuencias que están en correspondencia con las energías requeridas para excitar los electrones de varios elementos de un nivel a otro.

Líneas de absorción

Se le reconocen al efecto Doppler, como el hecho de que los patrones conocidos de las líneas de absorción no aparecen siempre concordando con las frecuencias que se consiguen desde el espectro de un principio de luz estacionaria. Esto ocurre porque la luz azul tiene una frecuencia más alta que la luz roja, las líneas espectrales de una fuente de luz astronómica que se acerca presentan un corrimiento al azul, y las de uno que se aleja aprecian un corrimiento hacia el rojo.

Radar Doppler

Lo que explica todo lo anteriormente mencionado, es que algunos tipos de radar utilizan el efecto Doppler. Esto lo hacen con la intención de medir la velocidad de los objetos que han sido detectados. Un grupo de radares se disparan a un blanco móvil. Se puede mencionar como ejemplo a un automóvil, como en el uso que hace la policía del radar para detectar la velocidad de los vehículos.

Conforme a esto, a medida que se acerca o se aleja de la fuente de radar se puede determinar la velocidad del objeto. Cada onda sucesiva que tiene el radar debe viajar más lejos para alcanzar el coche, antes de ser reflejada y detectada de nuevo cerca de la fuente. Analógicamente se asimila a cada onda pues tiene que moverse más lejos. La distancia entre cada onda aumenta y esto es lo que produce un aumento de la longitud de onda.

En algunos casos, este haz del radar se utiliza con el coche en movimiento y si se acerca al vehículo observado, entonces cada onda sucesiva recorre una distancia menor, produciendo una disminución de la longitud de onda. En cualquier situación, los cálculos del efecto Doppler permiten determinar con precisión la velocidad del vehículo observado por el radar. Además de esto, el mecanismo de proximidad, desarrollado durante la Segunda Guerra Mundial, se basa en el radar Doppler.

Esto con la finalidad de detonar explosivos en el momento adecuado en función de su altura sobre el suelo, o su distancia al objetivo. Conforme al desplazamiento Doppler, se afecta a la onda incidente en el objetivo. De esta manera, la onda reflejada de nuevo al radar, el cambio en la frecuencia observado por un radar en movimiento respecto a un objetivo también en movimiento es función de su velocidad relativa y es doble del que se registraría directamente entre el emisor y el receptor.

Efecto Doppler inverso

Aun en la actualidad y a partir del año 1968, los científicos han estudiado la probabilidad de que exista un Efecto Doppler inverso. Uno de los científicos destacados en esta investigación, fue el físico ruso ucraniano Victor Veselago. En el experimento se afirmó haber detectado este efecto que fue llevado a cabo por Nigel Seddon y Trevor Bearpark en el año 2003 en Bristol, Reino Unido.

Con respecto a esto, los estudiosos de distintas universidades expusieron que este efecto también se puede observar en frecuencias ópticas. Entre las universidades destacadas en esta investigación, fue la la Swinburne University of Technology y la University of Shanghai for Science and Technology. Siendo posible tales descubrimientos, gracias a la generación de un cristal fotónico.

Fue sobre ese cristal en el que proyectaron un rayo láser. Esto fue lo que hizo que el cristal se comportase como un superprisma, de esta manera se pudo observar el efecto Doppler inverso.

En algunos casos se puede confundir una ley con una teoría, pero la verdad es que las teorías son un grupo de ideas organizadas que explican un posible fenómeno. Estas se deducen a partir de la observación, la experiencia o el razonamiento lógico. Sin embargo explica posibilidades y no hechos ni explica los comportamientos.

Las leyes del Universo son más de las que pensamos, de hecho estas son algunas que han impactado en el transcurso de la historia de la ciencia. Lo primero que hay que entender es que las leyes del Universo, a diferencia de las jurídicas o impuestas por el hombre, son las conductas por las cuales se basa el comportamiento del universal. Es decir, son las normas que explican los movimientos del todo universal.