Cosmologia

 (del grec ϰόσμος, cosmos, món, univers, λόγος, logos, discurs: la ciència del món)

Terme que procedeix de Christian Wolff (1831), qui, considerant l'etimologia de la paraula, l'aplica a una branca de la filosofia, pròpiament de l'ontologia, a la qual anomena cosmologia racional, i l'objecte de la qual és l'estudi del món com totalitat. Kant precisa que constitueix una il·lusió transcendental tractar del món com una totalitat, l'origen de la qual o límit pugui investigar-se, ja que, el món o l'univers no és més que una simple idea a la qual no correspon, com a globalitat que pretén ser, cap experiència, raó per la qual és una «idea transcendental», que només pot servir com una idea reguladora per a orientar la raó cap a una major comprensió de qualsevol experiència, però no per la via de la ciència o del coneixement, sinó de la reflexió i de la síntesi d'idees. Si no és així, la raó cau en antinòmies (veg. citació).

La cosmologia científica, en canvi, ciència que té el seu origen en la revolució copernicana del s. XVI, amb el rebuig de la imatge geocèntrica aristotèlica de l'univers, transmesa pel sistema ptolemaic, no abasta la temàtica científicament inabordable a què es refereix Kant, ja que, àdhuc tractant de l'origen de l'univers, es remet sempre a un món o a un univers –o a teories sobre el món i l'univers– que és (o són), d'alguna manera, objecte d'experiència sensible.

La cosmologia científica recorre a dos tipus de metodologia: la que es basa preferentment en l'observació astronòmica o astrofísica (aplicada, per exemple, a l'anàlisi de la constitució física dels estels), i la que recorre preferentment a teories més àmplies de la mecànica (clàssica o relativista), confirmades o confirmables experimentalment. Així, per exemple, la hipòtesi anomenada de Kant-Laplace (exposada per part de Kant, en 1755, en Teoria dels cels) sobre l'origen del sistema solar a partir d'una nebulosa primitiva desenvolupada segons la teoria de la gravitació universal de Newton, o la teoria de l'univers en expansió, o de l'espai corb, basades en la teoria de la relativitat d'Einstein.

La cosmologia ha recorregut sempre a la construcció de models d'univers, en els quals conflueixen, en diversa proporció segons l'època en què es construeixen, elements matemàtics, geomètrics físics, culturals i estètics, que volen ser una explicació de la realitat i que necessàriament han de concordar amb els fets observats. El primer model de l'univers que pot considerar-se científic és el construït per Copèrnic i perfeccionat per Kepler, que suposa un món finit, encara que de dimensions molt majors que les del món ptolemaic, el centre del qual és el sistema solar embolicat per una esfera d'estels fixos. (L'anterior model no pretenia tant ser una explicació de la realitat com una descripció dels fets observats juntament amb un mètode geomètric per a poder calcular-los). Les observacions i descobriments astronòmics fets amb el telescopi per Galileu van contribuir a la difusió de la cosmologia copernicana i la van fer plausible, mentre que les lleis de la mecànica galileana van eliminar els prejudicis i arguments aristotèlics sobre la caiguda dels cossos. Newton construeix el model final descrivint la força que mou tot l'univers copernicà, deduïda de les lleis del moviment de Galileu i de les del moviment dels cossos celestes de Kepler; a diferència de l'univers de Copèrnic, l'univers de Newton manca de centre i és infinit

L'astrofísica, ciència que neix a la fi del s. XIX, desvia l'interès pel moviment dels planetes, i el dirigeix al coneixement de l'estructura de l'univers, estudiant la naturalesa dels estels fixos, la composició física dels quals s'arriba a conèixer. El desenvolupament tecnològic que aporten els grans telescopis i les noves tècniques d'espectroscòpia i fotografia permet una intensificació de les observacions astronòmiques i astrofísiques, així com experiments de laboratori, i la intensificació de la investigació especulativa. És l'època en què es construeixen hipòtesis basades en la teoria de la gravitació per a explicar l'origen del sistema solar (hipòtesi de Kant-Laplace), en què O. Le Verrier i JC Adams descobreixen el planeta Neptú aplicant les lleis de Newton, però comença també l'època de noves teories cosmològiques sobre l'evolució de l'univers. En 1929, l'astrònom nord-americà Edwin Hubble (1889-1953) prova experimentalment (pel fenomen conegut com a «desplaçament roent» en l'espectre òptic de la llum que emeten les galàxies llunyanes) que les galàxies distants s'allunyen de la Terra amb velocitat més alta com més allunyades estan. S'hi va veure la confirmació experimental de la teoria d'un univers en estat d'expansió. Si l'univers s'expandeix, no és infinit i ha tingut un començament. L'univers es considera, a partir d'aquest moment, com un tot finit i homogeni en moviment; per tant, pot estudiar-se com un tot dinàmic sotmès a les lleis de la gravitació. La relació del moviment de l'univers amb la gravitació és justament el que proposa la teoria de la relativitat d'Einstein (per a qui la gravitació és un efecte de l'acceleració procedent de l'espai corb). El meteoròleg rus, Alexander Friedmann (1888-1925) hi havia ja construït, en 1922, el model matemàtic d'univers resultant de l'aplicació de la teoria de la gravitació a un univers en expansió, i d'aquí sorgeix la teoria de l'origen del món per un esclat inicial d'una massa de matèria comprimida en un punt matemàtic amb densitat i corbes infinites (teoria del «Big Bang»). La resta cosmològica calòrica calculat d'aquest suposat esclat inicial immensament intens, després d'un període de temps de 10 mil milions d'anys d'expansió i refredament de la bola de foc inicial, va ser descobert en 1965 pels astrònoms americans, Arno Penzias i Robert Wilson, i és conegut amb el nom de «radiació còsmica de fons» (a la qual s'assigna una temperatura de només tres graus per sobre del zero absolut).

La imatge actual de l'univers el descriu com un univers finit, en expansió, en la seva major part buit, constituït per cúmuls de galàxies, compostes al seu torn per estels lluminosos (prop de mil milions d'estels per galàxia) i cossos opacs, distribuïts uniformement per tot l'univers. La uniformitat de l'univers no es refereix només a la distribució de matèria per tota la seva extensió, que el converteix en homogeni (el mateix a tot arreu) i isòtrop (el mateix en qualsevol direcció), sinó també a les lleis que regeixen en qualssevol regions de l'univers (semblants a les quals es compleixen a la Terra i en la seva proximitat). La uniformitat de l'univers és coneguda amb el nom de principi cosmològic.

Aquest univers, concebut segons la relativitat einsteiniana, d'acord amb el tipus de propietats geomètriques que se li atribueixi pot considerar-se finit o infinit: si és hiperbòlic, infinit; si és esfèric, finit.

El fet de suposar un començament en el temps produït pel gran esclat indueix a molts autors, sobretot els partidaris d'una cosmologia creacionista, a atribuir l'origen de l'univers a l'acció d'un Déu creador del món, o almenys a plantejar la qüestió de la procedència de la matèria inicial que esclata i de la qual s'origina l'univers. Per creació pot entendre's el que succeeix en el punt 0 (en el model de Friedmann es descriu com el punt R=0). La resposta actual estàndard a aquesta qüestió parteix del supòsit que la «matèria» corresponent al punt R=0, que rep el nom de singularitat, resulta igual que la cosa en si kantiana suposada per la teoria, però totalment inintel·ligible per i des de la teoria. La imatge d'univers basada en la teoria de la relativitat sembla exigir l'existència d'una singularitat que és incapaç d'interpretar. Pel mateix, manca de sentit científic intentar descriure el que succeeix abans de l'explosió inicial; en la singularitat inicial no existeix l'«abans» ni el «fenomen» ni «res» descriptible per alguna llei científica, i, en principi, parlar del que està més enllà de l'espai-temps manca de sentit per a la física actual. Existeixen altres intents de resposta a la pregunta («d'on procedeix la matèria inicial de la qual procedeix l'univers?»), per exemple, la de l'univers inflacionari, teoria proposada en 1981 per Alan Guth, precisament per a respondre als nombrosos interrogants que deixa plantejats la teoria del Big Bang. En aquest univers inflacionari, sotmès a un procés de refredament a partir d'una temperatura inicial summament intensa, la matèria és propietat del sistema espaciotemporal, sense que sigui necessari recórrer a una causa externa al mateix. De moment, cap teoria física resol satisfactòriament el problema dels orígens.

Des del punt de vista epistemològic, és de notar que les teories físiques, si no expliquen l'origen, ajuden a aprofundir en la qüestió sobre què significa que les coses hagin pogut tenir un començament (veg. citació).