Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

1 ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ Δομή της διάλεξης Η Μεγάλη Έκρηξη Ο οδικός χάρτης της εξέλιξης του Σύμπαντος Το μέλλον του Σύμπαντος Συμπεράσματα.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "1 ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ Δομή της διάλεξης Η Μεγάλη Έκρηξη Ο οδικός χάρτης της εξέλιξης του Σύμπαντος Το μέλλον του Σύμπαντος Συμπεράσματα."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 1 ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ Δομή της διάλεξης Η Μεγάλη Έκρηξη Ο οδικός χάρτης της εξέλιξης του Σύμπαντος Το μέλλον του Σύμπαντος Συμπεράσματα

2 2 Lecture 2 Η Κοσμολογία στην Αρχαιότητα Θαλής (585π.Χ.) Στο Σύμπαν κυριαρχούν φυσικές διεργασίες Πυθαγόρας (530π.Χ.) Η Γή είναι σφαιρική Αναξαγόρας (430π.Χ.) Το Σύμπαν είναι κατανοητό Πλάτων (420π.Χ.) Γεωκεντρικό σύστημα, κυκλικές τροχιές πλανητών, η Γη είναι ακίνητη Δημόκριτος (400π.Χ.) Το Σύμπαν αποτελεί μηχανικό σύστημα Εύδοξος (340π.Χ.) Γεωκεντρικό σύστημα, 33 σφαίρες, η Γη είναι ακίνητη Αριστοτέλης (350π.Χ.) Γεωκεντρικό σύστημα, 55 σφαίρες, η Γη είναι ακίνητη Αρίσταρχος (280π.Χ.) Ηλιοκεντρικό σύστημα (αγνοήθηκε) Ίππαρχος (125π.Χ.) Απόσταση της Σελήνη (διαστάσεις του Σύμπαντος) Πτολεμαίος (150μ.Χ.) Γεωκεντρικό σύστημα, Επίκυκλοι

3 3 Η Κοσμολογική Αρχή l 1922 – Aleksandr Friedmann l Διερεύνησε τις εξισώσεις της ΓΘΣ του Einstein, Θεωρώντας ότι το Σύμπαν δεν είναι στατικό, ότι δηλαδή μπορεί είτε να συστέλλεται είτε να διαστέλλεται. Χρησιμοποίησε την Κοσμολογική Αρχή l Η Κοσμολογική Αρχή (Einstein) l Το Σύμπαν είναι ομογενές και ισότροπο στο χώρο και στο Χρόνο

4 4 Το Σύμπαν δεν είναι μικρό! 1924 – Edwin Hubble Μέτρησε την απόσταση 9 γαλαξιών, χρησιμοποιώντας Κηφείδες αστέρες και απέδειξε ότι η απόστασή τους είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτήν των αστέρων του Γαλαξία. Οι διαστάσεις του Σύμπαντος είναι τεράστιες! M31NGC4565

5 5

6 6 Το πρωτογενές άτομο l 1927 – Georges Lemaitre l Υπεστήριξε ότι το Σύμπαν γεννήθηκε από ένα “πρωτογενές άτομο” το οποίο τελικά διεσπάσθη, δημιουργώντας τους αστέρες και τους γαλαξίες. l Διετύπωσε μία εξίσωση για την ηλικία του Σύμπαντος, η οποία ικανοποιούσε τις εξισώσεις τηw ΓΘΣ του Einstein

7 7 MillikanLemaitre Einstein

8 8 Η διαστολή του Σύμπαντος 1929 – Edwin Hubble Χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις γαλαξιών από το τηλεσκόπιο 2.5m του Mt. Wilson, απέδειξε ότι η μετατόπιση προς το ερυθρό, z, των γαλαξιών αυξάνει με την απόστασή τους, d. Πρότεινε ότι η μετατόπιση προς το ερυθρό οφείλεται στο φαινόμενο Doppler και οφείλεται στην απομάκρυνση των γαλαξιών. Ο Hubble συμπέρανε ότι το Σύμπαν διαστέλλεται. z = ( – ο ) / ο

9 9 Η μετατόπιση προς το ερυθρό = το παρατηρούμενο μήκος κύματος ο = το μήκος κύματος ηρεμίας

10 10 Ο νόμος του Hubble d = σταθερά × z v = H 0 d z d z ~ v/c Ο νόμος του Hubble

11 11 v = H 0 d H 0 = 22 km/s/Mly Η 0 = 67.80±0.77 (km/s)/Mpc (km/s)/Mpc Τα αρχικά δεδομένα του Hubble Ο νόμος του Hubble

12 12 Ο συντελεστής κοσμικής κλίμακας, R(t) d(t) = R(t) d ο λ rest = R(t) λ ο z = (λ o - λ rest ) /λ rest 1 + z = 1/R(t) t 2 = Μέλλον R(t)>1, d(t 2 ) t ο = Παρόν R(t)=1, d o t 1 = Παρελθόν R(t) < 1, d(t 1 ) λολο

13 13 Η ηλικία του Σύμπαντος l Ο νόμος του Hubble v = H 0 d v = ταχύτητα απομάκρυνσης H 0 = σταθερά του Hubble d = απόσταση l Η ηλικία του Σύμπαντος d = v T d = H 0 d T T = 1/H 0 l T ~ 20×10 9 έτη 1 parsec = 3.26 έτη φωτός

14 14 Η γένεση και εξέλιξη του Σύμπαντος s έως 300,000 έτη μετά τη Μεγάλη έκρηξη Υπενθύμιση: Το κενό, σύμφωνα με την Κβαντομηχανική, περιέχει ενέργεια !

15 15 Ο χρόνος Planck l seconds Ο χρόνος Planck (T P ) l Ο χρόνος Planck (T P ). l Πριν από το χρόνο Planck δεν ισχύουν οι νόμοι της Φυσικής. l Ακόμα και η έννοιες του χώρου και του χρόνου δεν μπορούν να ορισθούν. l (R P ) = cm l (ρ P ) = g cm -3 l (T P ) = K

16 16 Η Εποχή του Πληθωρισμού l seconds K l Θερμοκρασία ~ K. πληθωρισμού 3 x αδιαφανές l Η εποχή του πληθωρισμού. Αμέσως μετά τη γένεση του Σύμπαντος, η μέση ελεύθερη διαδρομή των φωτονίων ήταν μικρότερη από 3 x cm! Επομένως, το Σύμπαν ήταν ουσιαστικά αδιαφανές seconds seconds mm l Από seconds έως seconds οι διαστάσεις του Σύμπαντος αυξάνουν κατά ~ Η διάμετρος του Σύμπαντος φτάνει τα 3 mm. l Οποιεσδήποτε μικρές διακυμάνσεις στην κατανομή της ενέργειας του Σύμπαντος αυξάνουν κατά τον ίδιο παράγοντα. Αποτελούν τους δομικούς λίθους δημιουργίας των γαλαξιών.

17 17 Η εξαφάνιση της αντιύλης l seconds 10 τρισεκατομμύρια K l Η θερμοκρασία πέφτει στα 10 τρισεκατομμύρια K. l Δημιουργούνται Quarks και anti-quarks l Δημιουργούνται Quarks και anti-quarks τα οποία αμέσως εξαϋλώνονται. l Δημιουργούνται τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια 1: l Υπάρχει, όμως, μια μικρή υπεροχή της ύλης από την αντιύλη κατά 1: l Η αντιύλη σχεδόν εξαφανίζεται από το Σύμπαν λόγω εξαύλωσης. νετρόνιαπρωτόνια l Τα quarks δημιουργούν νετρόνια και πρωτόνια. Τα πρωτόνια και νετρόνια μεταστοιχειώνονται προς άλληλα, αλλά υπάρχουν σε περίπου ίδια αφθονία.

18 18 Το τέλος της δημιουργίας μάζας l 1 second 0.1% l Τα νετρόνια είναι κατά 0.1% βαρύτερα των πρωτονίων. Επομένως η μεταστοιχείωση νετρονίων  πρωτόνια ευνοείται. 71 l Επομένως η αφθονία των πρωτονίων στο Σύμπαν υπερισχύει και τελικά φθάνει στον λόγο 7 : 1. l 5 seconds ένα δισεκατομμύριο K l Θερμοκρασία ένα δισεκατομμύριο K. l Σταματά η περαιτέρω δημιουργία ύλης (από την ενέργεια του Σύμπαντος)

19 19 Πυρηνοσύνθεση l 3 minutes 100 εκατομμύρια K l Θερμοκρασία 100 εκατομμύρια K. l Έντονες πυρηνικές αντιδράσεις. υδρογόνου, ηλίου, δευτερίου και λιθίου l Λόγω της χαμηλής, πλέον, θερμοκρασίας, η ταχύτητα των στοιχειωδών σωματιδίων είναι σχετικά μικρή και επιτρέπει τη δημιουργία πυρήνων υδρογόνου, ηλίου, δευτερίου και λιθίου. l Το Σύμπαν αποτελείται, πλέον από ¾ πυρήνων υδρογόνου και ¼ ηλίου.

20 20 Επί τέλους ελεύθεροι! l 300,000 years 10,000 K l Η θερμοκρασία είναι περίπου 10,000 K. άτομα υδρογόνου και ηλίου l Η θερμοκρασία είναι αρκετά χαμηλή, ώστε τα ηλεκτρόνια ενώνονται με τους πυρήνες και δημιουργούνται άτομα υδρογόνου και ηλίου. l Το Σύμπαν καθίσταται διαφανές. επανασύνδεσης l Η εποχή της επανασύνδεσης. l Η ακτινοβολία από αυτήν την εποχή είναι αυτή που παρατηρείται ως Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου.

21 21 Τα Πρότυπα του Σύμπαντος

22 22 Σμήνη γαλαξιών

23 23 Κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου l 1965 – Ο Arno Penzias και ο Robert Wilson l Κατά την προετοιμασία για την παρατήρηση του Γαλαξία στα 21 cm, ανακάλυψαν τυχαία την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου l 1978: Nobel Φυσικής

24 24 Tο διαστημικό τηλεσκόπιο COBE, εξοπλισμένο με ανιχνευτές σε χιλιοστομετρικά μήκη κύματος ήταν ουσιαστικά το πιο ευαίσθητο «θερμόμετρο» που έχει ποτέ κατασκευαστεί. Εκτόξευση: Μέτρηση του φάσματος της κοσμικής ακτινοβολίας T = / K Οι πρώτες μετρήσεις του COBE – 1992

25 25 Η διπολική ακτινοβολία που υπερίσχυε στις μετρήσεις του COBE, οφείλεται στην κίνηση της Γης στο διάστημα. Κυανή προς τη διεύθυνση προς την οποία κινείται και ερυθρή προς την αντίθετη διεύθυνση Μετά τη διόρθωση των δεδομένων (ψηφιακή επεξεργασία) και απο- μάκρυνση της διπολικής ακτινο- βολίας, εμφανίζεται πολύ έντονη η ακτινοβολία του Γαλαξία Μετά τη διόρθωση των δεδομένων, τόσο από τη διπολική ακτινοβολία, όσο και από την ακτινοβολία του Γαλαξία μας, μένει η καθαρή Κοσμική Ακτινοβολία των 3 Kelvin, η οποία παρουσιάζει διακυμάνσεις της θερμοκρασίας της κατά μερικά εκατομμυριοστά του Κ. Θερμότερες περιοχές εμφανίζονται ως ερυθρές. Ψυχρότερες εμφανίζονται ως κυανές Χαρτογράφηση της κοσμικής ακτινοβολίας από το COBE

26 26 Οι ακριβέστερες μετρήσεις του WMAP – 2008

27 27 Boomerang

28 28 Τα αποτελέσματα του Boomerang Συμπέρασμα: Το Σύμπαν είναι επίπεδο

29 29 Τα αποτελέσματα του Boomerang Τόσο από τις μετρήσεις του Boomerang, όσο και από τις μετρήσεις τοy COBE και του WMAP, οι ανομοιογένειες του Σύμπαντος είναι ~1°

30 30 Η Γεωμετρία και Ηλικία του Σύμπαντος 300, ,000 l Σε t έτη, το φώς διανύει απόσταση t ετών φωτός. Άρα όταν η ηλικία του Σύμπαντος ήταν 300,000 έτη, το φώς δεν θα μπορούσε να είχε διανύσει απόσταση μεγαλύτερη από μία περιοχή διαμέτρου 300,000 ετών φωτός. Επομένως, αν υπήρχαν, οι διακυμάνσεις θα ήταν της τάξεως των 300,000 ετών φωτός 1+z ~ ,000 έτη φωτός έχει γίνει 300 εκατομμύρια έτη φωτός l Έκτοτε το Σύμπαν έχει διασταλεί κατά περίπου 1/R t = 1+z ~ Δηλαδή, οι διακυμάνσεις του Σύμπαντος από 300,000 έτη φωτός έχει γίνει 300 εκατομμύρια έτη φωτός. 15 Gly 1 o l Η αρχική περιοχή βρίσκεται σήμερα σε απόσταση 15 Gly. Επομένως, κάθε περιοχή πρέπει να έχει γωνιώδη διάμετρο 1 o στον ουρανό. 300 Mly 15 Gly ~1 o Γη

31 31 Οι μικρές διακυμάνσεις της ακτινοβολίας υποβάθρου, 2.73 Κ που ανιχνεύθηκαν από τον Ευρωπαϊκό δορυφόρο Planck. Με λευκή γραμμή σημειώνεται ο Άξονας Ασυμμετρίας (Axis of Evil) και η περίεργη Ψυχρή Περιοχή (Cold Spot). Οι ακριβέστατες μετρήσεις του Planck

32 32 Σύγκριση των δεδομένων των δορυφορικών τηλεσκοπίων COBE – WMAP - Planck Σύγκριση COBE – WMAP – Planck

33 33 Συμπεράσματα l Μεγάλη έκρηξη l Ενδείξεις ότι η ηλικία του Σύμπαντος είναι πεπερασμένη l Ενδείξεις ότι αρχικά η θερμοκρασία του Σύμπαντος ήταν πολύ μεγάλη l Ενδείξεις ότι το Σύμπαν είναι επίπεδο l Ενδείξεις ότι μια «μυστηριώδης» δύναμη (σκοτεινή ενέργεια) επιταχύνει τη διαστολή του Σύμπαντος l Αινίγματα l Τι είναι η σκοτεινή ενέργεια; l Τι προκάλεσε τη Μεγάλη έκρηξη; l Γιατί το Σύμπαν έχει τις ιδιότητες που έχει;

34 34 ΠΑΡΟΝ ΖΩΗ ΜΕΛΛΟΝ Το μέλλον?

35 35 Παρατηρήσεις Υπερκαινοφανών τύπου Ιa 25% Οι υπερκαινοφανείς είναι κατά 25% αμυδρότεροι…. Άρα βρίσκονται πιο μακριά… Άρα το Σύμπαν έχει διασταλεί περισσότερο από το αναμενόμενο… Η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται! Nobel Φυσικής 2011

36 36 Σκοτεινή Ενέργεια l Παρατηρήσεις l 1998 (Αυστραλία και ΗΠΑ) l Το Σύμπαν διαστέλλεται! l Ενδείξεις ότι μια «μυστηριώδης» δύναμη (σκοτεινή ενέργεια) επιταχύνει τη διαστολή του Σύμπαντος l Θεωρία l Ενέργεια κενού – Σταθερή Λ; l Πεμπτουσία; l Επαναπροσδιορισμός εξισώσεων της βαρύτητας; l Μήπως δεν ισχύει η κοσμολογική αρχή; l Εκπυρωτικό Σύμπαν;

37 37

38 38

39 39 Big Bang – Let There Be Light! l In the distant past the visible universe was much smaller than it is today and therefore much, much hotter. hydrogenhelium l Indeed, within minutes of the big bang the conditions were just right to synthesize hydrogen and helium, but not much else. l Early on the universe must have been bathed in an intense sea of very short wavelength photons. l As the universe expanded, it cooled. All length scales were stretched by the expansion. In particular, all wavelengths were stretched by the same scale factor.

40 40 Big Bang – Predictions l The universe should be expanding l The universe should be made of roughly ¾ hydrogen and ¼ helium microwaves thermal spectrum l The universe should be bathed in microwaves; with a perfect thermal spectrum. This is basically the afterglow of the hot beginning

41 41 Big Bang – Puzzles l The Flatness Problem l Why is the global geometry of space Euclidean? l The Horizon Problem l Why is the temperature of the CMB the same at opposite sides of the universe? l The Smoothness Problem l Why, on very large scales is the universe so smooth? l Why, on smaller scales, are galaxies distributed in huge sheets, separated by great voids?

42 42 Inflation inflation l One way to solve all three problems is to suppose that very early in the history of the universe the latter underwent a short period of hyper-expansion, called inflation. visible universe l The visible universe it but a tiny patch of an immensely larger universe. Our patch of it appears flat because it has been stretched by an enormous factor. visible universe l Points on the opposite side of the visible universe were once next to each other but were pushed far apart by inflation l The stretching smoothed out the density differences. But any residual density differences have been stretched to enormous sizes.

43 43 Inflation – Predictions l The geometry of space should be very flat l The universe should be extremely uniform on large scales. l The visible universe should have small density differences that are of astronomical size. l The temperature of the CMB should be very nearly the same in every direction in space.

44 44 Supernova Cosmology Project


Κατέβασμα ppt "1 ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ Δομή της διάλεξης Η Μεγάλη Έκρηξη Ο οδικός χάρτης της εξέλιξης του Σύμπαντος Το μέλλον του Σύμπαντος Συμπεράσματα."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google