1

La hipótesis cosmológica de la nebulosa protosolar. Un análisis cosmológico del

programa de investigación Kant – Laplace. Autor: Gabriel Montenegro González

"... los diferentes cuerpos celestes que forman el sistema solar

y que están relacionados con reglas comunes en su principio,

no pueden haberse reunido en forma causal.

Ellos deben estar unidos por una comunidad en su nacimiento"

Pierre Simon de Laplace – Exposition du Système du monde

Introducción

El astrónomo, físico y matemático francés, Pierre Simon Laplace (1749-1827) ha sido

uno de los más influyentes científicos de la época moderna1. Con una vida intelectual

caracterizada por sus valiosas contribuciones al mundo de las ciencias exactas,

destacando el punto de vista filosófico que predominaba en sus trabajos; adoptando un

papel invaluable en la formación de las disciplinas científicas modernas. Dedicó la

mayor parte de su vida al desarrollo de las ciencias puras, realizando valiosos aportes a

ramas como el cálculo infinitesimal, teoría de probabilidades, mecánica celeste (la cual

trabajó matemáticamente) y por ende, la cosmología o filosofía de la naturaleza; tema

principal que atañe a la presente monografía, la cual pretende exponer las principales

tesis cosmológicas y astronómicas del programa de investigación de la hipótesis

nebular, más conocida en el mundo moderno como la teoría de la nebulosa protosolar.

Estipulaciones presentes en la que fuera la obra maestra de Laplace titulada Exposition

du système du monde publicada en el año de 1796. Trabajo en el cual, a petición de su

allegado amigo Napoleón Bonaparte, publica en un formato sencillo y en un francés

impecable, para así poner al alcance del vulgo carente de conocimientos matemáticos,

sus descubrimientos especulativos de mecánica celeste; problemas que serían tratados

1 Elaboró la conocida Transformada de Laplace, donde en una función f(t) definida (en matemáticas,

específicamente en análisis funcional) para todos los números reales t ≥ 0, es la función F(s). Además

realizó aportes significativos al cálculo vectorial, con su llamada Ecuación de Laplace, la cual es aplicada

en derivadas parciales de segundo orden de tipo elíptico; introducida por las necesidades de la mecánica

newtoniana, la ecuación de Laplace aparece en muchas otras ramas de la física teórica como la

astronomía, la electrostática, la mecánica de fluidos o la mecánica cuántica.

2

con más complexión matemática en su Traité de Mecanique Céleste2 publicado en

1799. Es necesario destacar que la teoría de la hipótesis nebular desarrollada por

Laplace, fue primeramente expuesta por el pensador de Königsberg, Immanuel Kant, en

su poco conocida obra titulada, Historia general de la naturaleza y teoría del cielo, o

ensayo sobre la constitución y el origen mecánico de todo el edificio del mundo, tratado

según principios newtonianos3.obra publicada en el año de 1755; la cual funda las bases

de la teoría sobre el origen del Sistema Solar, que desarrollará Laplace ulteriormente,

con una formalidad matemática más compleja y mejor fundamentada. A partir de esto,

se ha conocido a la hipótesis de la nebulosa protosolar con el nombre de la teoría Kant-

Laplace, ya que el primero se encargó de postular las bases de la hipótesis mediante una

cosmogonía, que introduce tesis incluso de orden teológico; el segundo desarrolló

matemáticamente la teoría a partir de la idea de la gran nebulosa, excluyendo por

completo de su análisis el problema teológico, ya que Pierre Simon Laplace se

consideraba un ateo firme.

A respecto de su ateísmo, en una ocasión su amigo Napoleón Bonaparte, refiriéndose a

su obra Exposition du systeme du monde, comentó a Laplace: "Me cuentan que ha

escrito usted este gran libro sobre el sistema del universo sin haber mencionado ni una

sola vez a su Creador", y Laplace contestó: "Sire, nunca he necesitado esa hipótesis".

Con ello sugería al hecho de que Newton tuvo que aludir a la voluntad divina un siglo

antes en sus Principia, para justificar que su ley de la gravitación universal no fuese

capaz de explicar las anomalías de los movimientos de Júpiter y Saturno4. Napoleón le

comentó la respuesta al matemático Joseph Louis Lagrange, quien exclamó "¡Ah! Dios

2 Con el Tratado de Mecánica Celeste, monumental obra de cinco volúmenes publicados entre 1799 y

1825, se culmina en ésta obra el programa de investigación de más de un siglo de duración, durante el

cual los científicos intentaron dar una explicación matemática de la teoría de la gravitación universal

basada en los principios newtonianos.

3 Título original en lengua alemana: Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels, oder Versuch

von der Verfassung und dem mechanischen Ursprunge des ganzen Weltgebäudes nach Newtonischen

Grundsätzen abgehandelt. 4 Desde muchos años atrás algunos astrónomos (especialmente Tycho Brahe) estaban desconcertados ante

las observaciones, que indican que la órbita de Jupiter se contrae continuamente mientras que la de

Saturno se expande. Nunca se logró encontrar argumentos matemáticos para explicar el fenómeno.

Newton llegó a concluir que era necesaria la intervención divina de forma periódica para mantener el

equilibrio del Sistema Solar.

3

es una bella hipótesis que explica muchas cosas”5; a respecto de todas las opiniones en

torno a su teoría por parte de científicos y demás figuras importantes, Laplace siempre

sostuvo que a pesar de que su hipótesis explicaba todo, no podía predecir ningún evento

contingente. Es necesario destacar la trascendencia que ha tenido esta teoría, ya que fue

aceptada por la comunidad científica durante mucho tiempo6; incluso algunos

científicos contemporáneos fieles a la teoría, piensan que es una forma factible para

explicar el origen del Sistema Solar. Se considera una postulación certera con respecto

al origen y formación del sistema solar; la cual será expuesta en el presente trabajo,

analizando las tesis fundamentales de tan admirable teoría cosmológica.

Antecedentes históricos de la teoría de la hipótesis nebular.

Sir Isaac Newton publicó sus Principia Mathematica en 1687, donde mostraba una

derivación de las leyes expuestas por Johannes Kepler, describiendo los movimientos de

los planetas a partir de las leyes de la dinámica y la ley de gravitación universal. Sin

embargo, aunque Newton había desarrollado los métodos del cálculo, toda su obra

publicada estaba cargada de razonamientos geométricos complejos adecuados para dar

cuenta de los efectos de primer orden presentes en la interacción planetaria. Newton

mismo había puesto en duda la posibilidad de una solución matemática a la totalidad,

llegando a la conclusión de que la periódica intervención divina es necesaria para

garantizar la estabilidad del sistema solar7. Prescindir de la postulación de la

intervención divina sería una de las principales actividades de la vida científica de

Pierre Simon Laplace. Generalmente se considera que los propios métodos del Marqués

5 Los díalogos descritos, son expuestos en la obra A Budget of paradoxes (1872) del reconocido

matemático y lógico británico Augustus de Morgan. Específicamente en el capítulo introductorio de la

obra, intitulado On some philosophical atheists. 6 La hipótesis nebular fue aceptada de manera general sin casi ningún tipo de discusión hasta que en 1859,

James Clerk Maxwell , al analizar los anillos de Saturno, llegó a la conclusión de que un anillo

constituido por gas y polvo sólo podría condensarse en una acumulación de pequeñas partículas y nunca

podría formar un cuerpo sólido, debido a que las fuerzas gravitatorias fragmentarían el anillo antes de que

se materializara su condensación. 7 Una de las mayores críticas hechas por G.W. Leibniz hacia los newtonianos al afirmar éstos que “Dios

necesita de cuando en cuando reparar su Reloj De Creación", opinión que se opone por completo a la idea

leibniziana de que éste es el mejor de los mundos posibles, razón por la cual Dios lo ha elegido para

existir de entre los infinitos mundos posibles.

4

son fundamentales para el desarrollo de su teoría, pero no son suficientemente precisos

para demostrar la estabilidad del Sistema Solar. Un problema particular de la

astronomía observacional de la época, fue la aparente inestabilidad por la que la órbita

de Jupitér parecía estar estrechándose, mientras que la de Saturno se estaba

expandiendo. El problema había sido abordado por Leonhard Euler8 y Joseph Louis

Lagrange9 , sin alcanzar resultado alguno. En 1776, Laplace publicó una memoria en la

que fue el primero en explorar las posibles influencias de un supuesto éter lumínico o de

una ley de la gravitación que no actuó de forma instantánea10. Euler y Lagrange habían

hecho una aproximación práctica al ignorar los pequeños términos en las ecuaciones del

movimiento. Ante esto, Laplace señala que a pesar de que los términos eran pequeños

por sí mismos cuando se integran con el tiempo, se vuelven importantes.

Usando el análisis matemático, Laplace concluyó que cualquiera de los dos planetas y el

Sol, deberían estar en equilibrio mutuo; a partir de esta tesis publicó su trabajo sobre la

estabilidad del sistema solar11. Algunos hombres de ciencia describieron el logro de

Laplace como el más importante avance en física y astronomía desde Newton. Laplace

tuvo un conocimiento amplísimo de las ciencias exactas, dominando siempre las

discusiones más importantes de la academia científica francesa. Laplace parece haber

considerado el análisis meramente como un medio de atacar los problemas físicos,

aunque la habilidad con la que inventó el análisis necesario es puramente extraordinaria.

En la medida en que sus resultados fueron exactos, siempre tuvo problemas para

explicar los pasos de cómo llegó a los resultados, ya que nunca estudió la elegancia o la

simetría matemática en sus procesos, y era suficiente para él poder resolver por

cualquier medio el problema particular que estaba discutiendo12.

8 Fue un respetado matemático y físico. Se lo considera el principal matemático del siglo XVIII y uno de

los más grandes de todos los tiempos. realizó importantes descubrimientos en áreas de la matemática.

También introdujo gran parte de la moderna notación matemática, particularmente para el área del

análisis matemático, como por ejemplo la noción de función matemática. Se le conoce por sus trabajos en

los campos de la mecánica, óptica y astronomía. Pierre Simon Laplace mantuvo una gran admiración por

Euler, calificándolo como “el maestro de todos nosotros”. 9 Matemático, físico y astrónomo. demostró el teorema del valor medio, desarrolló la mecánica

Lagrangiana y tuvo una importante contribución en astronomía. 10 Théorie du movement et de la figure elliptique des planètes. Ensayo aún no traducido a otras lenguas, y

que tampoco es parte del dossier de obras completas. 11 Mécanique Céleste 12 Pierre-Simon Laplace, 1749-1827. A life in exact science. Capítulo III: A scientific eminence

5

Aportes de Immanuel Kant a la teoría de la nebulosa protosolar

“La eternidad no es suficiente

para abarcar las manifestaciones

del Ser Supremo si no se combina

con la infinitud del espacio”.

Kant - Historia general de la naturaleza y teoría del cielo

En su obra Historia general de la naturaleza y teoría del cielo de 1755, el pensador de

Könisberg plantea lo que sería la primera suposición cosmogónica, respecto del Sistema

Solar13. Kant asevera que sus pensamientos sobre las estrellas fijas han tenido una gran

influencia del trabajo de Thomas Wright14, ya que a partir de los estudios de éste, pudo

concebir las estrellas no como un sistema disgregado, indefinido y caótico; sino como

una aglomeración de cuerpos, parecido al Sistema Solar. Ésta divulgación, maravilló

tanto al pensador de Könisberg, que decidió exponer sus ideas al respecto. Kant señala

el propósito de la especulación de su obra; “Así como los planetas, en su sistema, están

muy aproximadamente en un plano común, las estrellas fijas también están

relacionadas en sus posiciones, muy cercanamente, con un plano determinado que debe

ser concebido como extendido por todo el cielo, y al estar muy estrechamente juntas en

él, presentan esa franja de luz que se llama Vía Láctea. Estoy convencido de que,

puesto que esta zona iluminada por innumerables soles tiene casi exactamente la forma

de un círculo máximo, nuestro sol debe estar situado muy cerca de este gran plano. Al

explorar las causas de esta disposición, he dado con la idea muy probable de que las

llamadas estrellas fijas en realidad sean estrellas errantes, que se mueven lentamente,

de un orden superior.”15

13 La teoría kantiana, es una cosmogonía en el sentido de que intenta dar una explicación del origen,

imaginando el momento primigenio de la formación del sistema planetario. 14 Conocido matemático y astrónomo inglés, su obra más reconocida es An original theory or new

hypothesis of the Universe (1750), donde Wright explica que la apariencia de la Vía Láctea es un efecto

óptico, debido a la inmersión del Sistema Solar lo que a nivel local se aproxima a una capa plana de las

estrellas. 15 Historia general de la naturaleza y teoría del cielo. Prefacio a la primera parte de la obra.

6

Para Kant, dicho sistema es una representación de las estructuras visibles que forman las

estrellas fijas, tal es el caso de la Vía Láctea o la galaxia de Andrómeda16. Afirma Kant

que los sistemas solares y las galaxias surgen y se dispersan constantemente a partir de

una nebulosa protosolar17; transcurso en el que se aglomeran los planetas alejados. La

precisión y perfección que manifiestan las leyes mecánicas, implican la idea de un

origen divino. Kant asevera que tiene que existir una causa primigenia de la naturaleza y

su perfección, ésta causa es naturalmente, Dios. Kant confiesa las insuficiencias

matemáticas de su obra; de las cuales tiene esperanza en que serán perfeccionadas en el

futuro, corroborándose así su hipótesis18. Al inicio de la obra, Kant señala que para

comprenderla, hay que entender primeramente los principios elementales de la

cosmología newtoniana, además de la investigación del origen de la Vía Láctea en

relación con la esfera de las estrellas fijas, ya que la semejanza con el Sistema Solar

hará comprender la formación de éste y otros sistemas planetarios.

El problema concreto que Kant quiere indagar, es encontrar el origen del Sistema Solar

y la condición en que se establecen los planetas y demás cuerpos celestes, además de

comprender los orígenes de los movimientos. Kant instaura que los planetas se

encuentran adyacentes a un plano común, y las estrellas fijas residen correspondidas

entre sí, con un plano imaginario delineado conforme a la bóveda celeste, siendo la Vía

Láctea la agrupación de estrellas de mayor densidad. Asevera Kant que ese cinturón19 es

irradiado por una cantidad infinita de soles, y que está constituido de manera precisa

como un disco inmenso siendo el Sol el centro del plano de reunión.

16 La Vía Láctea se puede ver a simple vista como una borrosa banda de luz blanca alrededor de toda la

esfera celeste. El fenómeno visual de la Vía Láctea se debe a estrellas y otros materiales que se hallan

sobre el plano de la galaxia. La galaxia de Andrómeda es la única galaxia que puede ser observada a

simple vista en el hemisferio Norte. 17 Ésta es la base fundamental de la teoría de Kant, y hace alusión a una nube de gas y polvo, que es

considerada como el origen del Sistema Solar. 18 Esa exactitud matemática por la que clama Kant, es desarrollada años después por Laplace en la

renovación de la teoría cosmológica. Agregando un basamento teórico mucho más formal que las

especulaciones kantianas. 19 El cinturón al que hace alusión Kant, es el reflejo de la luz dispersada en el polvo cósmico de la franja

de la galaxia, que puede ser observada en el cielo nocturno.

7

En la primera parte de la obra20, Kant exhibe algunas nociones sobre la complexión

ordenada de las estrellas fijas y sobre la infinitud del universo. A pesar del ficticio caos

de las estrellas fijas, en realidad existe un orden en éstas. En el constructo kantiano, se

parte desde un hipotético caos inicial de la materia del universo; pero esta materia tiene

una apetencia (inculcada por Dios) a autoconstituirse. Kant expone ciertas

especulaciones acerca de la infinitud del universo; afirmando que sólo un universo

infinito logra dar cuenta de la dimensión legítima de la omnipotencia divina.

Igualmente, el mundo infinito tiene que ser un sistema único, un verdadero universo; si

aconteciesen mundos separados, se produciría el caos eterno21. Por tanto Kant postula

que el Universo debe tener un centro común22. En éste centro del universo, la densidad

de la materia sería desmedida. Kant señala que el universo tuvo que necesariamente

haberse formado a partir de ese centro. Kant consideraba a la estrella Sirius, como ese

centro de la galaxia23, al estar el objeto celeste, en el mismo plano que la banda de la

Vía Láctea. Hay también posibilidades, según Kant, de una causa primordial del

movimiento acumulado del Sistema Solar.

Años atrás, Newton no pudo explicar alguna razón al respecto, por lo que acudió a la

aparente intervención de la divinidad como causa de dicho movimiento24. Kant, por el

contrario, discurre que se debe ajustar la teoría de la gravitación universal con la

inexplicable causa del movimiento25; lo cual puede ser posible, según Kant, por razón

de una historia del cielo. Kant asevera, que esa historia es una teoría, que puede

comprobarse matemáticamente. Según Kant, la gravitación tiene una fuerza opuesta,

que da como resultado el movimiento curvilíneo. Explica entonces la causa de las

20 Parte primera: “Esquema de la constitución sistemática entre las estrellas fijas, y asimismo de la

pluralidad de tales sistemas de estrellas fijas” 21 Capítulo VII. “Sobre la Creación en todo el alcance de su infinitud, tanto en el espacio como en el tiempo”. 22 La idea de un centro del cosmos infinito, es una incoherencia; si se toma en cuenta que Kant está

basando sus tesis, desde una posición newtoniana. Newton pensaba que el universo no podía estar

expandiéndose o contrayéndose totalmente puesto que, según él, tales movimientos requieren por

necesidad de un centro, así como una explosión tiene su respectivo centro. Y la materia esparcida en un

espacio infinito no define ningún centro, por tanto no hay un centro común del Universo. 23 Sirius (α CMa) es la estrella más brillante que puede ser vista desde la Tierra. 24 Ésta es una de las ideas newtonianas, que tanto reprochará posteriormente P.S. Laplace. Según éste,

Newton ha acudido a la voluntad divina, para poder explicar los errores de la ley de gravitación universal. 25 Algunos pensadores atribuyeron a la inexplicable causa del movimiento, la categoría de milagro.

8

oposiciones de densidad entre los diversos planetas26, y también reprocha a Newton, al

igual que Laplace, el haber recurrido a la entidad divina para explicar esto. La teoría que

Kant presenta se confirma gracias al conde de Buffon27, que determinó que la media de

la densidad de los planetas equivale a la del sol. Kant manifiesta que la inclinación de

los ejes de los planetas es debido al repartimiento desemejante de la materia28, y

primordialmente debido a las desproporciones en la superficie de los planetas. El eje de

Júpiter es perpendicular al plano común de las órbitas planetarias, según Kant, porque

aún es un planeta en formación. Kant insiste en la admiración que provoca la

contemplación del cosmos, asombro que progresa reflexionando, que todo cuerpo en el

Universo inició por una ley superior que estableció su orden; que es la ley de atracción

y repulsión de las fuerzas. De manera similar sucedió al Sistema Solar; Kant piensa que

la Vía Láctea es al mismo tiempo un enorme sistema de estrellas, con una estrella

central; y sucede lo mismo con las otras galaxias29.

Según Kant, desde la perspectiva de la historia del cielo, ha habido un comienzo en el

Universo por parte de la Génesis divina, pero se proyectaría hacia el infinito en el

futuro. El Universo, está en constante expansión, encaminándose hacia la perfección. Se

infiere entonces, que las áreas exteriores del Universo serían las más jóvenes en el

tiempo, y en el espacio. Kant habla de la ubicación física de los seres racionales en el

Sistema Solar; su perfección sería mayor cuanto mayor fuese su alejamiento con

respecto a aquel centro del universo. Habría, en el tiempo y en el espacio, un

acercamiento progresivo y directo, a la perfección divina. Kant recuerda que el plano y

26 Historia General de la naturaleza y teoría del cielo Capítulo II. “Sobre la diferente densidad de los

planetas y la relación de sus masas” Se refiere a la diferencia de densidad entre los planetas inferiores

(formados de materia rocosa y metales) y los planetas exteriores (formados por gas, carecen de superficie

sólida). Señala Kant que por la acción de la fuerza gravitacional causada por el Sol, las más pesadas y

masivas desplomaron a mayor profundidad, permaneciendo más contiguas a la estrella central, lo que

originó que los planetas interiores (Mercurio, Venus, Tierra) posean mayor densidad que los exteriores

(Marte, Júpiter, Saturno). 27 Georges Louis Leclerc, cosmólogo francés. En su obra Les époques de la nature (1778), discute acerca

del origen del Sistema Solar, especulando acerca de que los planetas se formaron debido al impacto de un

cometa con el Sol. 28 Curiosamente Kant no asume el principio cosmológico (uniformidad, homogeneidad e isotropía), tan

característico de la cosmología moderna. 29 Kant trata de hacer universal su hipótesis, al aplicar los mismos procesos a sistemas planetarios,

galaxias y al Universo entero.

9

el sentido común del movimiento de los planetas coinciden con el de la rotación solar.

La teoría se corrobora por la densidad de los planetas, objetos que se encuentran en

relación con la distancia al Sol.30 La imperfección de las elipses contradice la creencia

de que Dios practica la Geometría; para Kant, esas imperfecciones del mundo muestran

que éste no es obra directa de Dios a la vez que esos defectos son signo de la

inagotabilidad de la naturaleza. La causa originaria del principio del sistema planetario,

es según Kant, la ley de gravitación universal31. A partir de la breve fundamentación,

Kant da un paso hacia la interacción de las galaxias. Sabía por lecturas de las

observaciones del astrónomo francés Pierre-Louis de Maupertuis32 que había sido

observadas nebulosas elípticas en el cielo. Uno de esos cuerpos fue la galaxia de

Andrómeda, y otros objetos celestes que podían ser vistos a través de un telescopio.

Kant percibió que si el universo era un conjunto de muchos objetos con forma de discos

de estrellas33, entonces las galaxias elípticas podían ser otros cúmulos de estrellas al

igual que la Vía Láctea. Kant propone que se hizo un Universo formado por galaxias en

medio del espacio infinito. Ante esto Kant señala que: Si un sistema de estrellas fijas

que están relacionadas en sus posiciones con respecto al plano común, como hemos

descrito que lo está la Vía Láctea, se halla tan alejado de nosotros que las estrellas de

las que está formado ya no son distinguibles claramente ni siquiera mediante el

telescopio; si su distancia guarda la misma razón a la distancia de las estrellas de la

Vía Láctea que la de éstas a la distancia del Sol, en suma, si tal mundo de estrellas fijas

es contemplado a tan enorme distancia del ojo del espectador situado fuera de él,

entonces este mundo (esto es, la galaxia de la Vía Láctea) aparecerá bajo un pequeño

ángulo como una mancha de espacio cuya figura será circular si su plano se presenta

30 En esta sección se hace manifiesto que Kant para explicar su teoría asume, al igual que Newton, las

tres leyes del movimiento de los planetas, propuestas por Johannes Kepler. 31 Kant coloca a la ciencia por encima de la religión; siendo uno de los conflictos más característicos de la

época, ante la inminente crisis de la teología natural. Un ejemplo claro de esto, es la confrontación de

G.W.Leibniz contra los newtonianos. 32 Citando Kant en su obra a Maupertuis, éste describe las nebulosas como pequeños lugares cuya luz es

sólo un poco mayor que la oscuridad del espacio celestial, todas ellas con el aspecto de elipses más o

menos abiertas, pero cuya luz es mucho más débil que cualquier otra que conozcamos en el cielo. 33 Esto es lo que modernamente se ha llamado “disco de acrecimiento”, el cual es un cuerpo en forma de

disco alrededor de un objeto central masivo. El disco alimenta el cuerpo central siendo atraído por éste y

contribuyendo a su aumento de masa.

10

directamente al ojo, y elíptica si es vista de lado u oblicuamente. La debilidad de su luz,

su figura y el tamaño aparente de su diámetro distinguirán claramente tal fenómeno,

cuando se presente, de todas las estrellas vistas aisladamente.34

A partir de fundamentos observacionales, que para la época estaban bien determinados,

con respecto al Sol y los planetas que lo orbitan, como son la presencia de seis

planetas35 rotando en forma constante en torno al Sol, tres de los cuales a su vez son

orbitados por satélites. El hecho de que los planetas se mueven alrededor del Sol en la

misma dirección en que él gira sobre su eje de rotación y el que todos se localicen

comprendidos alrededor del mismo plano, lleva a Kant a considerar la materia

primigenia del Sistema Solar; constituida por átomos o partículas materiales, disipadas

por la totalidad del espacio infinito. El estado del movimiento de dichas partículas era

inconsistente, y conforme la operación de las fuerzas de la Naturaleza, las partículas de

mayor densidad atrajeron a las más livianas, ocasionando el movimiento en sí.

Según Kant, el Sistema Solar empezó siendo una nube de gas sin forma, muy extensa,

que a causa de la oscilación gravitatoria comenzó a girar y a distanciarse acorde a la

acción de la fuerza gravitacional causada por las partículas materiales que la

componían. Proceso que condujo a la nube a formar un disco aplanado de carácter

cóncavo36, que por continuas contracciones, alcanzaron a establecerse el Sol y los

planetas, a partir del disco. Los satélites celestiales igualmente siguieron este transcurso

de formación, como resultado de la atracción gravitacional de los planetas que poseían

cuerpos rotando alrededor, ya que al tener una masa mucho menor, lograron ejercer su

fuerza, en una zona muy pequeña del sistema de interacción de las fuerzas37. La

repartición sideral observada en la interacción de las fuerzas planetarias, se manifiestan

mediante las obstrucciones de densidad de las partículas primitivas que constituían la

nebulosa que les dio comienzo. Según Kant, las órbitas elípticas que plasman el

recorrido de los planetas en su trayectoria alrededor del Sol, se propagan de la acción

34 Historia General de la naturaleza y teoría del cielo. Primera parte “Esquema de la constitución

sistemática entre las estrellas fijas, y asimismo de la pluralidad de tales sistemas de estrellas fijas” 35 Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter y Saturno. 36 El ya mencionado disco de acrecimiento, se forma a partir de la nebulosa originaria, a raíz de la

presión radiactiva, provocando la acumulación de materia. 37 Historia General de la naturaleza y teoría del cielo Capítulo I de la Parte Segunda. “Sobre el origen de la estructura planetaria en general y de las causas de sus movimientos”.

11

ajustada y permanente de dos fuerzas: la fuerza proyectiva y la fuerza de atracción

gravitacional. Explica que el movimiento surge cuando estas dos fuerzas actuando sobre

dos cuerpos se igualan, entonces uno de ellos, alcanzando la trayectoria de menor

resistencia, empieza a orbitar en torno del otro. Se debe señalar que Kant no expone

ninguna fórmula ni explicó la ley que consintiera establecer esa fuerza proyectiva que,

según sus delimitaciones, ciertamente tenía que ser una fuerza repulsiva. Kant prueba

que el Sol no está condicionado a desplegar su atracción gravitacional únicamente en la

pequeña región que ocupa el Sistema Solar, sino que ésta se extiende a regiones muy

lejanas. Para afirmar su enunciación dice que los cometas que alcanzan a transitar más

allá de la órbita de Saturno (el planeta más apartado conocido en la época), y son

forzados a retornar a las proximidades del Sol por la fuerza qué este ejerce sobre tan

misteriosos cuerpos38. Kant transportó aún más allá sus tesis sobre el papel que juega la

fuerza gravitacional en el Universo. También aseveró en su obra, acerca de la posible

existencia de otros planetas más allá de la órbita de Saturno39

38 Historia General de la naturaleza y teoría del cielo. Capítulo III. “Sobre la excentricidad de las órbitas

planetarias y del origen de los cometas”. Para la época, el tema de los cometas era sumamente

misterioso, dado que se desconocía la causa de su regreso periódico al Sol. No es hasta el siglo XX, que

se postula la existencia de la Nube de Oort (que aún no ha sido observada), la cual es un cúmulo de

materia y energía, donde se cree, se forman los cometas. 39 Urano no fue descubierto por el astrónomo inglés Sir William Herschel hasta1781; Neptuno es

descubierto por el matemático francés Urbain Le Verrier hasta el 23 de setiembre de 1846.

12

La teoría de la hipótesis nebular según Pierre Simon Laplace

“La Astronomía, por la dignidad de su objeto

y por la perfección de sus teorías

es el más bello monumento del espíritu humano,

el título más noble de su inteligencia”

Exposition du Sytème du Monde

Laplace publicó en 1796 Exposition du Système du Monde, obra en la que expuso su

hipótesis sobre la formación del Sol y del Sistema Solar a través de una nebulosa

protosolar. En relación de la estabilidad de dicho sistema planetario, la mecánica

celeste del Marqués de Laplace basada en los fundamentos newtonianos de la mecánica,

obtuvo un éxito monumental, incluso un siglo después de su publicación40. A pesar de

que Laplace, no pudo dar solución a varias de las anomalías del movimiento de los

cuerpos; pudo resolver muchos de los problemas que se presentaban en el sistema

teórico. Tal es el caso del planeta Júpiter y sus satélites, los cuales estaban subordinados

a una aceleración ficticia, por otro lado Saturno parecía disminuir su velocidad

constantemente. Si estos movimientos se extendían eternamente, entonces Júpiter se

desplomaría sobre el Sol, Saturno se escaparía de los campos gravitatorios de atracción

solar, y la Luna se derrumbaría sobre el planeta Tierra41. Laplace analizó estas

contrariedades y reveló que la aceleración de Júpiter y la desaceleración de Saturno eran

inclinaciones constantes. Los vastos períodos de estos cuerpos (aproximadamente mil

años) habían hecho creer hasta la época que estas complicaciones eran perpetuas e

imprecisas. Laplace expuso que dichas anomalías se correspondían a la posición relativa

de Júpiter y Saturno con respecto al Sol. Todo ello requirió de una cantidad monumental

de cálculos matemáticos sumamente precisos. Laplace señaló que el movimiento

especial de la Luna también era oscilatorio y que estaba ocasionado por pequeños

efectos en el sistema de referencia triple Sol-Tierra-Luna42.

40 Pierre-Simon Laplace, 1749-1827. A life in exact science. Capítulo XXI. Traité de mécanique céleste 41 Exposition du Système du monde. Capítulo IV. Des lois du mouvement des planetes autour du soleil, et

de la figure de les orbites del Libro II. Des mouvemens réels des córps celestes. 42 Laplace toma en cuenta el llamado “problema de los tres cuerpos restringido”, postulado por Leonhard

Euler, el cual expone que la masa de uno de los tres cuerpos en referencia es despreciable; en el sistema

Sol – Tierra – Luna, se asume que dos de los cuerpos, orbitan en forma circular.

13

La exposición de Laplace presenta de forma muy resumida, que en el centro de la

nebulosa se encuentra el sol, girando cada veinticinco días y medio. La superficie del

Sol está formada por un océano de materia luminosa, presentando ciertas manchas

oscuras43, algunas incluso sobrepasan el tamaño de la Tierra. Por encima de esa zona

hay una inmensa atmósfera, la cuál es indefinible en tamaño. Más allá se encuentran los

planetas, girando en órbitas casi circulares; con sus respectivos satélites (14

descubiertos a la fecha), todos rotando casi en el mismo plano y en la misma dirección.

Aquellos cuerpos cuya rotación es observable, giran en torno a su eje en dirección Oeste

a Este44. Según Laplace, hay veintinueve movimientos discretos, aparte de las

revoluciones terrestres en torno del Sol. El plano de la órbita de la Tierra sirve como

referencia para determinar si el movimiento de otros cuerpos es directo o retrógrado. Si

alguna de las órbitas de los otros objetos celestes quedaban fuera del cuadrante centrado

sobre el plano de la órbita terrestre, lo movimientos parecerán retrógrados45. Si los

eventos del Sistema Solar, fueron acontecimientos azarosos; según Laplace, la

probabilidad de que al menos haya una inclinación que exceda el cuadrante terrestre es

de 1 en1/2(29).46

Otros eventos son menos remarcables, debido a la muy ligera excentricidad de las

órbitas de los planetas y satélites. Por otro lado, las órbitas de los cometas tienen una

excentricidad muy alta, ya que estos viajan hacia regiones donde la atracción

gravitacional de Sol, todavía se manifiesta, más allá del plano de las órbitas planetarias.

Laplace habla acerca de una nebulosa que produjo la contracción de la atmósfera solar.

Es plausible suponer, indica Laplace, que las nebulosas o galaxias son cúmulos de

estrellas muy distantes entre sí. Otro aporte invaluable de Laplace a la teoría, es la

postulación de los agujeros negros47; ante esto, anota Laplace que una estrella de un

diámetro doscientas cincuenta masas solares, comparada con la densidad de la Tierra, 43 Algunos astrónomos ya habían postulado años atrás la existencia de las manchas solares mediante sus

observaciones. Tal es el caso de los hermanos Fabricius y el austriaco Cristoph Scheiner. 44 Exposition du Systeme du monde. Capítulos VI. De Mars, VII De Jupiter et de ses satellites, VIII. De

Saturne et ses satellites et de son anneau. Del Libro I. Des mouvemens apparens des corps celestes. 45 Exposition du Systeme du monde. Capítulo III. Des apparences dues au mouvement de la terre. del

Libro II. Des mouvemens réels des córps celestes. 46 Laplace incorpora a su mecánica celeste, la teoría de probabilidades; campo al cual dedicó parte de su

vida científica, y donde realizó aportes fundamentales, principalmente en el área de la estadística.

14

sería tan inmensa que la luz no podría escapar de su superficie. Señala Laplace que los

cuerpos más grandes del universo, son por lo tanto, invisibles, debido a su gigante

magnitud48. A partir de estas nociones cosmológicas y astrofísicas, Laplace sostiene que

hace 4,6 millones de años, el Sistema Solar se formó por el colapso gravitacional de una

nube molecular gigante que tenía varios años luz de diámetro. Varias estrellas,

incluyendo el Sol, nacieron después del colapso. El gas que formó el Sistema Solar fue

un poco más masivo que el Sol mismo. La mayor parte de la masa acumulada en el

centro, formando el Sol y el resto de la masa aplastada en un disco protoplanetario49, a

partir del cual los planetas y otros cuerpos del sistema solar se formaron también. El

punto de partida es una nube esférica de gas y polvo que gira lentamente debido al

colapso de las fuerzas gravitatorias; esto produce la conservación del momento

angular50, que gira más rápidamente y se aplana a lo largo del eje de rotación.

Posteriormente, el material de la región ecuatorial se encuentra en libre órbita alrededor

de la masa central, por lo que la nebulosa adopta una forma lenticular.

A partir de la contracción producida, ésta atrae el material que ha sido dejado atrás,

formando un disco, a la vez que la masa central continúa contrayéndose. Laplace

postula que la liberación de material en el disco será espasmódica y en vez de formarse

un disco uniforme, se producirían una serie de anillos anulares y materiales, que se

aglomeran a través de la acción de la gravedad. Habrá varias acumulaciones de materia

en cada anillo, pero sus velocidades en la órbita no serían precisamente las mismas, de

modo que las partículas más rápidas se fusionaron con las pasivas. Finalmente, habría

una condensación en cada anillo para dar paso a la formación del sistema planetario. El

material interior de la nebulosa colapsó, y la mayoría de su masa se concentró en el

centro, formando el Sol51. El mismo proceso sucedió con pequeñas acumulaciones de

materia, que se agruparon en el colapso gravitacional, formando así los planetas y

48 Exposition du Systeme du monde. Capítulo I. Des forces, de leur, composition et de l´equilibre d´un

point matériel. Del Libro III. De lois su mouvement. 49 Los discos protoplanetarios son discos de acrecimiento que se forman en los alrededores de estrellas

primigenias, imprescindibles para entender la formación de la masa central y de un posible sistema

planetario. 50 La conservación del momento angular está vinculada con las correspondencias rotacionales de los

sistemas físicos. En resumen, afirma que la magnitud de rotación del cuerpo, permanece constante con el

tiempo a la vez que el sistema evoluciona. 51 M. Woolfson. The origin and evolution of the Solar System. Capítulo 4.3 The Laplace Nebula theory.

15

satélites. Los parámetros del sistema solar y los movimientos de sus cuerpos podían

estar sujetos a variaciones, pero lo que Laplace argumentó es que estas variaciones eran

periódicas y, por tanto, el sistema solar debía ser estable y auto-regulado. Laplace

sostuvo que el material expulsado se cerró en órbitas alrededor del Sol, de modo que,

desde que su formación en la superficie del Sol, con el tiempo volvería a la superficie y

se reabsorbería. Laplace reconoció que las perturbaciones mutuas del material eyectado

invalidarían la conclusión de que el material podría volver a la superficie; y también

planteó varias dudas acerca de las órbitas más excéntricas. Laplace estaba convencido

de que un modelo plausible tenía que presentar órbitas circulares, el resultado de su

propia teoría nebulosa así lo demuestra.52

La teoría de Laplace desde una visión moderna53, afirma que la galaxia se formó

aproximadamente hace 12 × 10 9 años, a partir de una gigantesca masa gaseosa

equivalente a 10 × 109 masas solares, compuesta principalmente de hidrógeno y helio.

Las primeras estrellas se formaron de estos gases. Los cuerpos de mayor masa

terminaron su ciclo de fusión muy rápido y dispersaron los elementos más pesados que

se habían fusionado en el interior (núcleo) de las estrellas. Estos enriquecieron la

nebulosa con átomos más pesados, de una proporción de 2 y 3 por ciento, por peso. Al

mismo tiempo el colapso gravitacional continuaba achatando la nebulosa primigenia,

formando nubes separadas de gases que fueron formando los brazos de la galaxia. Todas

estas nebulosas y estrellas continuaron orbitando alrededor del centro de la galaxia. Las

nebulosas de los brazos de la galaxia sufren compresiones que disparan el colapso

gravitacional en estas; por lo que al colapsar las nebulosas, la densidad aumenta, el

número de choques entre los componentes se incrementa elevando a su vez la

temperatura. El polvo y los conglomerados de elementos más pesados forman los

centros de nucleación54, que caen hacia el plano ecuatorial, formando un centro

polvoriento, aumentando a la vez, su atracción gravitacional. Al caer hacia el centro los

gases y el polvo aumentan la componente tangencial de su velocidad55, de manera que

52 Exposition du Systeme du monde. Capítulo V. Du mouvement d´un systeme de corps. Libro III. Des lois

du mouvement. 53 Desde la perspectiva del físico sueco Hannes Álfven, en su obra On the origin of the Solar System. 54 Es el cambio de estado en una partícula subatómica estable. 55 Es la magnitud con la que se produce el cambio de aceleración de los cuerpos en movimiento.

16

en algunas de las regiones externas, la fuerza centrípeta56 logra compensar la fuerza de

gravitación que actúa hacia el centro deteniendo su colapso gravitatorio. Esto hace que

parte de los gases queden rotando en forma de anillos gaseosos alrededor del centro de

nucleación. Esto se repite en varias ocasiones formando varios anillos de radios cada

vez menores. Mientras el resto de la masa continúa colapsando por acción de la fuerza

gravitatoria. Al aumentar la densidad, aumentan las colisiones entre los componentes

del gas, lo que hace que aumente la temperatura.

Eventualmente la temperatura es tan alta, que ocurre la fusión nuclear57 en la masa

central. Este mecanismo provee la energía suficiente para detener el colapso a la vez

que emite luz, calor, y otro tipo de radiaciones. En los anillos también se produce

nucleación, dando origen, primero, a granos de polvo que colapsan en pequeños

agregados, estos a su vez se unen por atracción gravitacional, dando origen a cuerpos

más grandes llamados planetésimos58. Por otra parte, la radiación que emite el

conglomerado central, ahora convertida en estrella, empuja los elementos livianos y

gases restantes de los anillos hacia afuera del sistema gravitacional. Los planetésimos

por su tamaño permanecen en lo que fueran las órbitas de los anillos. Al atraerse

mutuamente por la fuerza gravitacional, colisionan y se unen dando origen a cuerpos

más grandes como los planetas, satélites y asteroides.

56Es la fuerza por la cual los cuerpos son arrastrados hacia el centro de curvatura de la trayectoria, que

actúa sobre un objeto en movimiento sobre una trayectoria curvilínea. Según la quinta definición de los

Principia de Newton. 57 La fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar

un núcleo más pesado. Es gracias a la fusión, que la estrellas masivas logran alcanzar el equilibrio

gravitacional, debido a la liberación de energía. 58 Son los cuerpos que giran alrededor del Sol en las últimas fases de la formación del sistema solar, que

no han alcanzado las características para ser considerados planetas en ese instante; éste término no debe

ser confundido con el término plutoide o planeta enano.

17

He aquí una representación gráfica de la teoría59, que hace más fácil su comprensión.

a) Inicialmente se tiene una nube

colapsada de gas y polvo que gira

lentamente.

b) Al compactarse y rotar, forma un

masa esferoide, conservando el

momento angular.

c) Varios anillos se forman en un

plano ecuatorial, para dar origen a los

planetésimos que giran alrededor del

protosol.

d) La fuerza centrífuga expande los

anillos, equilibrando las fuerzas

g gravitatorias

e) Se condensan los planetas en cada

a anillo, y se alcanza la estabilidad

n gravitatoria.

59 Según lo expuesto por el científico inglés Thomas Young en su obra Elementary illustrations of the celestial mechanics of Laplace (1832)

18

Conclusiones

Si bien el programa de investigación de la hipótesis nebular tiene una estructura teórica

sumamente comprensiva; al igual que cualquier otra teoría, no logra exponer algunos

aspectos explicativos, que son parte esencial del constructo especulativo de la teoría

misma. Algunos de estos inconvenientes, se deben principalmente a razones históricas,

es decir, que ciertas de las suposiciones de los hombres de ciencia de la época (en este

caso Kant y Laplace), requerían herramientas e instrumentos de un nivel tecnológico

más avanzado. Por un lado la cosmología kantiana no consigue explicar ciertos

aspectos substanciales de la creación del Sistema Solar. El proceso de acumulación de

materia, que evoluciona para componer y alcanzar la formación los planetas, haría que

estos se trasladen en un sentido retrógrado, debido a las fuerzas gravitacionales; esto se

traduce en que Kant no logra exponer el proceso por el cual la nebulosa protosolar

formada por gas y polvo, en un estado caótico, empieza a rotar sin ninguna razón, sobre

sí misma.

Otra complicación de la que Kant tuvo conocimiento y no logro resolver formalmente,

con respecto a su teoría de la nebulosa, fue el problema del colapso gravitatorio 60al que

atacó con la siguiente explicación. “Puesto que la fuerza gravitatoria atractiva es la que

obligó a formarse al Sol y sus planetas, y ya que es la misma que ha dado origen a las

estrellas fijas, pues actúa entre todas ellas de igual forma que en el Sistema Solar, su

inmenso número las está obligando a juntarse por acción gravitacional atractiva, por

lo que todo el Universo se encuentra en una situación en la que al paso del tiempo,

formará un agregado continuo o gran bola masiva”61. Kant admitió la presencia de

otras fuerzas de la Naturaleza que se muestran principalmente cuando la materia se ha

descompuesto en finas partículas; que evitan el colapso, ya que son repulsivas y

empujan en dirección opuesta a la gravedad. Son esas fuerzas las que evitan que los

objetos sidéreos o el Universo entero, colapsen hacia un punto del espacio, y que

cuando se combinan con la fuerza de atracción, imposibilitan el colapso cósmico. 60 Desplome de un cuerpo de masa gigantesca, hacia su interior (núcleo) debido a la fuerte interacción de

los otros cuerpos que la componen Se produce en las etapas iniciales y finales de la evolución estelar. Es

producto de la desaparición de presión interna que sostiene las capas exteriores del cuerpo másico.

61 Historia general de la naturaleza y teoría del cielo. Capítulo VIII. “Prueba general de la exactitud de una teoría mecánica de la estructura del orden universal y especialmente de la certeza respecto de la presente teoría”

19

Por otro lado, la visión de Laplace presenta también una serie de dificultades de orden

teórico. El problema más significativo es el de la distribución del momento angular

entre el Sol y los planetas. Laplace no logra explicar la causa por la cual el material que

forma la nube de gas y polvo, y que es acrecentado por la protoestrella que está en el

centro, pierde súbitamente el momento angular. Este momento es probablemente

transportado hacia otras partes del disco de acreción, pero este mecanismo de

transportación parece que Laplace no ha logrado exponerlo de forma adecuada62. Los

planetas tienen casi un cien por ciento de momento angular, y este factor no puede ser

explicado por un modelo nebular. Desde un punto de vista moderno de la teoría, la

formación de los planetésimos es el mayor problema sin resolver que tiene la teoría

laplaciana. No es posible explicar como microscópicos cuerpos de materia pasen a

formar monumentales planetésimos de miles de kilómetros de diámetro. A pesar de esta

complicación, la tesis permite explicar la causa de la existencia de estrellas que forman

sistemas planetarios, siendo éstas el centro gravitatorio; y otros sistemas de estrellas, en

el que éstas no poseen ningún cuerpo girando a su alrededor, ni siquiera pequeñas

partículas de polvo cósmico o gas.

La hipótesis nebular, no puede explicar cómo el núcleo de los planetas gigantes puede

formarse lo suficientemente rápido como para acumular cantidades inmensas de gas, a

partir de la rápida desaparición del disco de acreción. Lo cuál es inconsistente, puesto

que la duración de un disco de acreción es menos de 107 años, y eso es un tiempo

insignificante a respecto del que requiere un planeta gigante para formar su núcleo. A

pesar de estas inconsistencias que presenta la teoría (tanto en Kant como en Laplace), es

admirable el genio que han tenido estos eruditos de la ciencia para imaginar y demostrar

matemáticamente muchas de las tesis que exponen en sus hipótesis. En la física

contemporánea, la teoría Kant-Laplace ha ido perdiendo prestigio, ante el surgimiento

de nuevas teorías más complejas; pero se le ha reconocido como el principio de un

programa cosmológico que aún tiene muchas preguntas que responder. Destaca Laplace

en las páginas finales de obra maestra, que el gran mérito de la ciencia se debe a que ha

“destruido los errores nacidos de la ignorancia de nuestras verdaderas relaciones con

la naturaleza, errores y temores que renacerían prontamente si la antorcha de la

Ciencia se extinguiese algún día”.

62 Según las objeciones a la teoría, formuladas por M. Woolfson en su obra Capítulo 4.3 The Laplace

Nebula theory.

20

Bibliografía

Alfvén, Hannes. (1982). On the origin of the Solar System. John Wiley and Sons. New

Jersey.

De Morgan, Augustus. (2007). A budget of paradoxes. Cosimo, Inc. New York.

Gillispie, Charles Coulston. (1997). Pierre-Simon Laplace, 1749-1827. A life in exact

science. Princeton University Press.

Kant, Immanuel. (1969). Universal natural history and theory of heaven. University of

Michigan Press.

(1969). Historia general de la naturaleza y teoría del cielo. Editorial

Juárez, México.

Laplace, Pierre Simon. (2007). The System of the World. Kessinger Publishing.

Whitefish, MT.

(1835). Exposition du systeme du monde. Bachelier. Paris.

(1969) Celestial Mechanics. Chelsea Pub Co. New York.

Woolfson, Michael M. (2000). The origin and evolution of the Solar System. The

graduate series in astronomy. Institute of Physics Publishing. London.

Young, Thomas. (1832). Elementary illustrations of the celestial mechanics of Laplace.

John Murray. London. Harvard collage library, versión electrónica.