Guía de trabajo N°2

El Universo                     

Estandar: 

Análisis de  como diferentes culturas producen, transformar y distribuyen recursos, bienes y servicios de acuerdo con las características físicas de su entorno.

competencias:

• Interpretar que los fenómenos estudiados pueden observarse desde diversos puntos de vista.

• Establecer conjeturas que respondan provisionalmente a preguntas

• Argumentar sobre diferentes fuentes de información obtenida

• Interpretar relaciones entre eventos históricos, causas, consecuencias y su incidencia en la vida de los diferentes agentes involucrados.

Indicadores de desepeño:

• Reconocimiento de  las  características del cosmos y la tierra que la hacen un planeta vivo
• Reconocimiento de cómo el proceso de construcción de identidad es responsabilidad personal y que se enriquece a través del contacto con los otros.
• Establecimiento de  relaciones entre diferentes culturas y épocas
• Comparación de diferentes culturas con la sociedad colombiana actual y propone semejanzas y diferencias.
• Reconocimiento las diferentes formas que ha asumido la democracia a través de la historia-

Pregunta  Problematizadora:

¿Por qué para todas las culturas era tan importante observar el espacio? ¿Qué implicaciones tuvieron y tienen los procesos de aculturación?

EL UNIVERSO

es la totalidad del espacio y del tiempo, de todas las formas de la materia, la energía y el impulso, las leyes y constantes físicas que las gobiernan. Sin embargo, el término universo puede ser utilizado en sentidos contextuales ligeramente diferentes, para referirse a conceptos como el cosmos, el mundo o la naturaleza.^[1]

Observaciones astronómicas indican que el universo tiene una edad de 13,73 ± 0,12 millardos de años y por lo menos 93.000 millones de años luz de extensión.^[2] El evento que se cree que dio inicio al universo se denomina Big Bang. En aquel instante toda la materia y la energía del universo observable estaba concentrada en un punto de densidad infinita. Después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse para llegar a su condición actual, y continúa haciéndolo.

Debido a que, según la teoría de la relatividad especial, la materia no puede moverse a una velocidad superior a la velocidad de la luz, puede parecer paradójico que dos objetos del universo puedan haberse separado 93 mil millones de años luz en un tiempo de únicamente 13 mil millones de años; sin embargo, esta separación no entra en conflicto con la teoría de la relatividad general, ya que ésta sólo afecta al movimiento en el espacio, pero no al espacio mismo, que puede extenderse a un ritmo superior, no limitado por la velocidad de la luz. Por lo tanto, dos galaxias pueden separarse una de la otra más rápidamente que la velocidad de la luz si es el espacio entre ellas el que se dilata.     

Mediciones sobre la distribución espacial y el desplazamiento hacia el rojo (redshift) de galaxias distantes, la radiación cósmica de fondo de microondas, y los porcentajes relativos de los elementos químicos más ligeros, apoyan la teoría de la expansión del espacio, y más en general, la teoría del Big Bang, que propone que el universo en sí se creó en un momento específico en el pasado.

Observaciones recientes han demostrado que esta expansión se está acelerando, y que la mayor parte de la materia y la energía en el universo es fundamentalmente diferente de la observada en la Tierra, y no es directamente observable^[3] (véanse materia oscura y energía oscura). La imprecisión de las observaciones actuales ha limitado las predicciones sobre el destino final del universo.

Los experimentos sugieren que el universo se ha regido por las mismas leyes físicas, constantes a lo largo de su extensión e historia. La fuerza dominante en distancias cósmicas es la gravedad, y la relatividad general es actualmente la teoría más exacta para describirla. Las otras tres fuerzas fundamentales, y las partículas en las que actúan, son descritas por el Modelo Estándar. El universo tiene por lo menos tres dimensiones de espacio y una de tiempo, aunque experimentalmente no se pueden descartar dimensiones adicionales muy pequeñas. El espacio-tiempo parece estar conectado de forma sencilla, y el espacio tiene una curvatura media muy pequeña o incluso nula, de manera que la geometría euclidiana es, como norma general, exacta en todo el universo.

La ciencia modeliza el universo como un sistema cerrado que contiene energía y materia adscritas al espacio-tiempo y que se rige fundamentalmente por principios causales.

Basándose en observaciones del universo observable, los físicos intentan describir el continuo espacio-tiempo en que nos encontramos, junto con toda la materia y energía existentes en él. Su estudio, en las mayores escalas, es el objeto de la cosmología, disciplina basada en la astronomía y la física, en la cual se describen todos los aspectos de este universo con sus fenómenos.

    La teoría actualmente más aceptada sobre la formación del universo, dada por el belga valón Lemaître, es el modelo del Big Bang, que describe la expansión del espacio-tiempo a partir de una singularidad espaciotemporal. El universo experimentó un rápido periodo de inflación cósmica que arrasó todas las irregularidades iniciales. A partir de entonces el universo se expandió y se convirtió en estable, más frío y menos denso. Las variaciones menores en la distribución de la masa dieron como resultado la segregación fractal en porciones, que se encuentran en el universo actual como cúmulos de galaxias.

En cuanto a su destino final, las pruebas actuales parecen apoyar las teorías de la expansión permanente del universo (Big Freeze ó Big Rip), aunque otras afirman que la materia oscura podría ejercer la fuerza de gravedad suficiente para detener la expansión y hacer que toda la materia se comprima nuevamente; algo a lo que los científicos denominan el Big Crunch o la Gran Implosión.

Las galaxias son el principal constituyente del Universo. Por lo que se ven en el telescopio, son manchas luminosas de diferentes formas. Teóricamente hablando, se definen como unidades de estrella de diferentes formas, edades y tamaños. Además de estrellas las galaxias contienen una materia interestelar, constituida por polvo y gas. Existe una clasificación de galaxias regida por el criterio de su forma que puede ser visualizada por el telescopio. Se dividen en:

• Elípticas: estructura interna definida y con poca materia interestelar
• Espirales: con un núcleo central y dos brazos en espiral, en estos últimos se encuentra la materia interestelar
• Irregulares: Con una forma difícil de definir, pues incluyen una gran diversidad de galaxias.

La Vía Láctea es la galaxia en donde se encuentra el sistema solar (el sol con los nueve planetas), y por lo tanto donde habitan los seres humanos en el universo. Se clasifica como una galaxia espiral y a uno de sus brazos le llaman el Brazo de Orión el cual se encuentra en el sistema solar.  

IMAGEN DEL HOMBRE FRENTE AL UNIVERSO

A lo largo de toda la Historia, el hombre se ha hecho preguntas sobre nuestro mundo y todo lo que rodea, llegando, aunque no siempre, a encontrar la respuesta.
Ya Aristóteles (en el 340 a. C.) pensaba que la tierra era redonda en vez de plana. Pensó que era una esfera redonda. Pero en algo se equivocó, la tierra es estacionaria y son el sol, la luna, los planetas y las estrellas las que giran a su alrededor. Con Copérnico (1514) se introdujo la llamada “Teoría heliocéntrica”, por la que el Sol está en el centro y los planetas giran entorno a él. Un siglo después, Galileo Galilei y Kepler mantuvieron el pensamiento de Copérnico e incluso Kepler añadió que las órbitas de los planetas eran elípticas.
Ya en 1687 Isaac Newton explica cómo se mueven los cuerpos en el espacio y en el tiempo con su matemática correspondiente; también expone la ley de la gravitación universal: "cada cuerpo en el universo es atraído por cualquier otro cuerpo con una fuerza que es tanto mayor cuanto más masivos sean los cuerpos y cuanto más cerca estén el uno del otro". Gracias a esta importante ley hoy se explica por qué los objetos caen por qué los planetas tienen órbitas elípticas alrededor del Sol y la Luna alrededor de la Tierra. Según su teoría, las estrellas, al atraerse unas a otras, llegarían a aglutinarse en un punto; a no ser que éstas fueran infinitas en una región infinita de espacio, ya que en este caso no existiría un punto central de aglutinamiento. Lo que hoy sabemos es que el universo no puede ser estático e infinito y con gravedad siempre atractiva. Pero posteriormente no se llegó a creer en esta teoría de que el universo se contrajera y se expandiera.
En 1929, Edwin Hubble, con sus estudios, nos hizo ver que el universo se está expandiendo, por lo que en algún momento los objetos estaban más cerca; hasta estar en el mismo punto, llegando a la conclusión de que hubo un principio, el llamado BIG BANG, con un universo infinitésimamente pequeño e infinitamente denso. Esta idea no tiene porque excluir la idea de un creador.

El PRINCIPIO DE BIG BANG mantiene la “singularidad” en el principio del universo. Pero ¿qué es esto de singularidad?. Punto en el espacio – tiempo en el cual la curvatura del espacio – tiempo se hace infinita.

EL UNIVERSO EN EXPANSIÓN: LOS AGUJEROS NEGROS

La mayoría de las estrellas que vemos en el cielo están concentradas en una banda llamada Vía Láctea. Pero no es la única, hay más en el Universo (con espacio vacío entre ellas). Las estrellas se encuentran a varios “años luz”: distancia recorrida por la luz en un año.

Para clasificar las estrellas sólo lo podemos hacer por la luz que desprenden porque como estamos tan tan lejos de ellas no podemos saber ni su forma ni su tamaño.
Sabemos que nuestro universo se está expandiendo, y que debe contener gran cantidad de "materia oscura"; y también es probable que exista alguna otra forma de materia desconocida por nosotros que sea capaz de detener la expansión. Por tanto, por los datos que hoy tenemos, se supone que el universo seguirá expandiéndose por siempre, y que si se colapsa algún día, será dentro de miles de millones de años. En un pasado, la distancia entre galaxias fue cero; en el big bang, teniendo el universo densidad y curvatura del espacio – tiempo, infinitas. Como no se pueden manejar números infinitos realmente, la teoría de la relatividad general predice un punto en el universo donde la teoría se colapsa. Este punto será una SINGULARIDAD.

En 1965 el científico Penrose demostró que una estrella que se colapsa en su propia gravedad, queda atrapada en una región cuya superficie se reduce a tamaño y volumen cero con el tiempo; siendo su densidad y curvatura espacio – tiempo infinitas; esto será una singularidad llamada AGUJERO NEGRO.

AGUJEROS NEGROS

 Región del Espacio – Tiempo de la cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar, debido a la enorme intensidad de la gravedad.

Sólo podemos detectar un agujero negro por la fuerza gravitatoria que ejerce sobre los objetos, ya que no emite luz. Se cree que en el centro de nuestra galaxia hay un gran agujero negro. A pesar de que en teoría nada puede escapar de un agujero negro sabemos que éste emite partículas. Esta respuesta nos la da la Teoría Cuántica. Esas partículas no provienen del agujero sino del espacio "vacío", justo fuera del horizonte de sucesos. Pero este espacio vacío no puede estar vacío como su nombre indica. Existen unas “partículas virtuales” que no pueden ser observadas directamente por un detector pero que sin embargo si se pueden observar sus efectos indirectos. La radiación que proviene de los agujeros negros, implica que el colapso gravitatorio no es definitivo e irreversible, sino que la masa de un objeto que caiga en el agujero, se transformará en energía. Al final de la vida de un agujero negro, lo más probable es que desaparezca, llevándose con él a cualquier singularidad que contenga, si hay alguna.

Si observamos una estrella que se colapsa, y forma un agujero negro; tenemos que tener en cuenta que no hay un tiempo absoluto y que la gravedad disminuye cuanto más se aleja uno de la estrella.

El científico británico Hawking dedujo que si invertimos el tiempo, cualquier universo en expansión comenzó con una singularidad. En el año 1970, entre Hawking y Penrose, llegaron a la conclusión de que debió haber una singularidad como el big bang, si la teoría de la relatividad general era correcta y si el universo tuviera tanta materia como vemos.

Actividades: 

Copiar todo el texto en el cuaderno y desarrollar las actividades igualemente en el para ser revisadas.

1.Escribir una redacción sobre lo que piensas qué significa el concepto de universo.

2. Dibujar todos los elementos que conozcan en el cielo: sol, la luna, estrellas, planetas, agujeros negros, constelaciones, etc.

3. Proponer una salida al campo, con la familia, para contemplar el cielo, en una zona oscura y en buenas condiciones (sin nubes etc.) para ver las estrellas más conocidas.

4. Hablar en clase sobre el científico Stephen Hawking. Su libro y sus teorías.

5. Utilizando diversos materiales: alambre, plastilina, cartulina, lápices, pegamento etc. para construir los planetas y el sol en la órbita celeste.

6. Buscar información (en libros, Internet) sobre Albert Einstein. ¿Cómo su teoría de la relatividad nos afecta en la vida cotidiana?. Buscar ejemplos.

7. Hacer una redacción para luego leerla en casa sobre un tema que el alumno elija relacionado con esta propuesta. Tendrán que elegir un personaje o una especie de mascota para su redacción y luego explicar por qué la han elegido y cuál es su nombre.

8. Escribir un cuento sobre el origen del universo de una página con 3 dibujos como mínimo.

9. Elabora una maqueta sobre el universo.

10. complementa el tema visto visitando las siguientes páginas en internet: www.astrored.org.  www.aulaeducativa.com

      a.  elabora un resumen de 10 renglones de cada una de ellas

11.Documéntate en Internet y responde a las siguientes preguntas:

• ¿QUÉ ES UNA TEORIA CIENTÍFICA?LA IMAGEN DEL HOMBRE FRENTE AL UNIVERSO?
• DEFINE LOS CONCEPTOS  ESPACIO Y TIEMPO
• LEY DE LA GRAVEDADTEORÍA DE LA RELATIVIDAD
• EL UNIVERSO EN EXPANSIÓN: LOS AGUJEROS NEGROS
• ORIGEN Y DESTINO DEL UNIVERSO
• ¿QUÉ ES UNA TEORÍA CIENTÍFICA