ΜΙΑ ΠΑΝΟΡΑΜΙΚΗ ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΤΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑΣ

Παρουσίαση με θέμα: "ΜΙΑ ΠΑΝΟΡΑΜΙΚΗ ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΤΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑΣ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΜΙΑ ΠΑΝΟΡΑΜΙΚΗ ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΤΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑΣ
ΠΩΣ ΠΡΟΕΚΥΨΕ ΤΟ ΣΥΜΠΑΝ, ΠΩΣ ΗΡΘΕ ΜΕΧΡΙ ΕΔΩ, ΠΟΥ ΠΑΕΙ! ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

2 Το Πλαίσιο Θα πρέπει να ξεκαθαρίσω από την αρχή από δεν πρόκειται για ένα επιστημονικό μυθιστόρημα. Δεν πρόκειται για φιλοσοφική θεώρηση. Γι αυτά υπάρχουν άλλοι καταλληλότεροι εμού. Θα επιχειρήσω μία εκλαϊκευση των γνώσεων μας επάνω στην Κοσμολογία, που είναι εδραιωμένες επάνω στους φυσικούς νόμους, που στηρίζονται στην παρατήρηση και το πείραμα. Χωρίς πολλά μαθηματικά, αλλα με πειστικα επιχειρήματα. Χωρίς διάθεση να υποτιμήσω το ακροατήριο, αλλά το αντίθετο. Δεν θα υποθέσω, ωστόσο, ότι έχει ειδικές γνώσεις. Ομολογώ ότι αυτός δεν είναι εύκολος στόχος. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

3 ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΕΚΛΑΙΚΕΥΣΗ Θα πρέπει ασφαλώς να γίνεται από ενεργούς επιστήμονες Υπάρχουν δύο κατηγορίες επιστημόνων: Αυτοί που ασχολούνται αποκλειστικά με την παρουσίαση επιστημονικών γνώσεων αυστηρά. Χαίρουν της εκτίμησης των συναδέλφων τους, αλλά τους αγνοεί το ευρύ κοινό. Αυτοί που εκλαϊκεύουν με μεγάλη ευκολία παν το επιστητόν. Βγαίνουν ταχτικά στα κανάλια. Θαυμάζονται από το κοινό, αλλά αντιμετωπίζονται με σκωπτική διάθεση από τους ειδικούς. Επιτρέψατέ μου να εντάξω τον εαυτό μου σε μία ενδιάμεση κατηγορία. Έχω Προσπαθήσει, με όση αφαίρεση χρειάζεται, να παρουσιάσω αυτές τις ιδέες εκεί που υπήρχε ανάγκη, σε φοιτητές, μαθητές Λυκείου, σε αποφοίτους φυσικών επιστημών, μηχανικούς κλπ. Απόψε θα επιχειρήσω ένα ακόμη μικρό άλμα να αγγίξω ένα κάπως ευρύτερο κοινό. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

4 Η εξέλιξη της Κοσμολογίας
Η κοσμολογία προέκυψε από την έμφυτη ανάγκη του Η Η Αρχικά η ανάγκη του ανθρώπου να γνωρίσει το περιβάλλον του Σιγά-σιγά επεκτάθηκε σε όλο τον ορατό κόσμο. Σε κάθε φάση σύμπαν είναι παν το «ορατό». Τότε άρχισε ο άνθρωπος να διερωτάται πως δημιουργήθηκε αυτό το Σύμπαν. Προ-προϊστορική Εποχή Κυριαρχεί ο φόβος του αγνώστου-Υπερφυσικές δυνάμεις Προϊστορική Εποχή: Αρχαίοι Βαβυλώνιοι, Αιγύπτιοι, Έλληνες και Κινέζοι ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

5 Το Σύμπαν στην Αρχαία Αίγυπτο
Το Σύμπαν στην Αρχαία Αίγυπτο. Η θεά των ουρανών Nut, υποστηριζόμενη από το θεό του αέρα Shu, καλύπτει το θεό της Γης Geb. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

6 Το Σύμπαν των Χαλδαίων και Βαβυλωνίων
Το Σύμπαν των Χαλδαίων και Βαβυλωνίων. Η Βαβυλώνα στο Κέντρο-Νερό γύρω - γύρω LYKEIA ΕΡΕΤΡΙΑ 24/11/08

7 ΤΟ ΣΥΜΠΑΝ ΤΩΝ ΑΡΧΑΙΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ (Ουσιαστικά η Γη, δύο θόλοι και ο κάτω κόσμος, με τον κέρβερο.)
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

8 ΚΥΡΙΑ ΣΤΑΔΙΑ ΤΗΣ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑΣ (Υποκειμενική κατάταξη)
Ιστορική Εποχή α) 1ή περίοδος :Το Ηλιοκεντρικό Σύστημα Επίκουρος-Αρίσταρχος (2ος και 3ος αιώνας π.χ.) β) 2η περίοδος: Τα άστρα είναι ήλιοι Κοπέρνικος-Γαλιλαίος -Νεύτωνας-(15ος αιώνας) γ) 3η περίοδος : Μελέτη του Γαλαξία Herschel Herschel, Bessel κλπ (Πριν τον 20ο αιώνα) Σύγχρονη Εποχή (20ος αιώνας) α) Η διατύπωση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας: Einstein (1917) . Αρχικά προέβλεπε μη στατικό Σύμπαν β) Το διαστελλόμενο Σύμπαν: Η φυγή των Γαλαξιών: (Lemαιtre 1929), Hubble (1932) γ) Η ιδέα της μεγάλης έκρηξης: Gamow (1945). Από δω θα ξεκινήσει η συζήτησή μας. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

9 Πώς και πότε εγιναν τα συστατικά του σύμπαντος;
Ξεκινάμε από α κύρια δομικά συστατικά (που δινει η φυσική σωματιδίων). Αυτά είναι: Το ηλεκτρόνιο και το νετρινο του (χωρίς φορτίο). Δύο φορτισμένα σωματια ύλης, τα κουαρκς u και d Από τα κουαρκς γινονται το πρωτόνιο και το νετρόνιο Από το πρωτόνιο και το νετρόνιο γίνονται οι πυρήνες. Από τους πυρήνες και το ηλεκτρόνιο γίνονται τα άτομα Άτομα->μόρια->κύταρα->βιολογικοί οργανισμοί. Πρωτόνια (και λίγους ελαφρείς πυρήνες)+ηλεκτρόνια-> αστρα-> Πλανητικά συστήματα-> Γαλαξίες-> ομάδες γλαξιών κλπ Η Γη: Διάμτρος χιλιόμετρα, Ηλιακο σύστημα:10 δις χιλιόμετρα Ο γαλαξίας =10000 έτη φωτός* Το υπερσυμπλεγμα της Παρθένου: 100 εκ έτη φωτός τοπικά υπεσυμπλέγματα=1 δις έτη φωτός Το όρατό σύμπαν=14 δις έτη φωτός *1 έτος φωτός=1ly=10000 δις χιλιόμετρα ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

10 Η ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ
Το Σύμπαν εξ ορισμού περιλαμβάνει τα πάντα. Μερικά συμπεράσματα για το Σύμπαν είναι τόσο εντυπωσιακά που θα πρέπει να διατυπώνονται με μεγάλη προσοχή. Η ιστορία και η εξέλιξη του Σύμπαντος μπορούν και πρέπει να γίνουν με έννοιες της Φυσικής (χρόνος, μήκος, ενέργεια, μάζα, ταχύτητα, κλπ). Κατά συνέπεια: Η μελέτη του Σύμπαντος θα στηρίζεται σε πειράματα και παρατηρήσεις. Η εξήγηση των παρατηρήσεων θα γίνει βάσει ορισμένων βασικών αρχών και θα είναι σύμφωνη με την επικρατούσα θεωρία (που είναι σύμφωνη με τα επίγεια πειράματα) Το ωραίο υπό όρους! ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

11 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑΣ
Οι βασικές αρχές είναι: 1η Κοσμολογική Αρχή: Το Σύμπαν φαίνεται ίδιο από όλους τους παρατηρητές. Δεν υπάρχει προνομιούχος παρατηρητής 2η Κοσμολογική Αρχή: - Το Σύμπαν (σε μεγάλη κλίμακα) είναι ομογενές και ισότροπο (σε κάθε χρονική στιγμή). 3η Κοσμολογική Αρχή (Ανθρωπική αρχή): Σύμπαν που αποκλείει την ύπαρξη του παρατηρητού, δηλαδή του ανθρώπου, δεν είναι αποδεκτό. Επί πλέον υπόθεση: Το Σύμπαν υπακούει τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας - Άρα εξελίσσεται. Έχει πεπερασμένη ηλικία και πιθανώς διάσταση ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

12 Συνέπειες των αρχών αυτών
Στο Σύμπαν δεν υπάρχει κέντρο (ισοδυναμία παρατηρητών) Η έκρηξη δεν ξεκίνησε από ένα σημείο. Αμέσως μετά την έκρηξη το σύμπαν ήτανε όπως σήμερα, αλλά πολύ-πολύ μικρότερο και χωρίς όλες τις δομές του Ο ρυθμός διαστολής λίγο μετά την έκρηξη ήταν τεράστιος. Η διαστολή συνεχίζεται ακόμη και ο ρυθμός διαστολής θα ξαναγίνει τεράστιος στο μέλλον Δέσμια συστήματα, όπως το ηλιακό μας, δεν διαστέλλονται ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

13 Διαστολή: Το ανάλογο του Μπαλονιού. Το φώς κινείται και κοκκινίζει
Διαστολή: Το ανάλογο του Μπαλονιού Το φώς κινείται και κοκκινίζει. Οι γαλαξίες απομακρύνονται αλλήλων, χωρίς οι ίδιοι να διαστέλλονται. ΜΕΤΑ ΠΡΙΝ ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

14 Προσομοίωση Διαστολής του Σύμπαντος Περίεργη η έκκρηξη: έγινε ταυτόχρονα! Δεν ενδιαφέρει αν ο χώρος είναι άπειρος ή πεπερασμένος (όπως δείχνεται) ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

15 Μερικά κοινά ερωτήματα:
Από πότε υπάρχει το Σύμπαν; - Η ηλικία του είναι 13.6 δισεκατομμύρια χρόνια. Από τότε μετράει ο χρόνος! Τι υπήρχε πριν; - Κανείς δεν γνωρίζει! Πιθανότατα το ερώτημα για την σύγχρονη κοσμολογία δεν έχει νόημα*. Εκτός αυτής, διαλέξετε και πάρετε! Πόσο μεγάλο είναι το Σύμπαν; Δεν μπορούμε να ξέρουμε με βεβαιότητα. Το μακρινότερο σήμα που μπορεί να φτάσει σε μας είναι 13.6 δισεκατομμύρια έτη φωτός (ένα έτος φωτός είναι δις Km). 13.6 δισεκατομμύρια έτη φωτός είναι το μέγιστο μέγεθος που ξέρουμε με βεβαιότητα * Σίγουρα στα πλαίσια της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

16 Η ΜΕΓΑΛΗ ΕΚΚΡΗΞΗ (Big Bang)
Τούτο επιβεβαιώνουν, κυρίως, τα εξής ακαταμάχητα: Η φυγή των Γαλαξιών. Η πρωταρχική πυρηνοσύνθεση Η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

17 I:Η Φυγή των Γαλαξιών (Hubble 1929)
Οι γαλαξίες απομακρύνονται Αλλήλων* Η απομάκρυνση γίνεται χωρίς να υπάρχει κέντρο (ισοδυναμία παρατηρητών) Η ταχύτητα απομάκρυνσης υ είναι ανάλογη της απόστασης a υ=Ha ( Νόμος του Hubble) (Hubble: Αμερικανός ) * Εξαιρούμε σπάνια συμβάντα. Τοπικά μερικοί γαλαξίες μπορεί και να πλησιάζουν αλλήλους. Ακόμη και συγκρούσεις μεταξύ γαλαξιών μπορούν να συμβούν. Έχουν γίνει στο παρελθόν και θα γίνουν στο μέλλον. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

18 Νόμος του Hubble: υ=Ηa και η πειραματική επιβεβαίωση του Η0=73±3 (1 Mpc=3.1 εκ. έτη φωτός)
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

19 I:Η Φυγή των Γαλαξιών (Hubble 1929) υ=Ηa (Συνέχεια)
Η ταχύτητα υ υπολογίζεται από την μετατόπιση του φάσματος προς το ερυθρό (Φαινόμενο Doppler, 1842) Η απόσταση a μετριέται με πρότυπα κεριά. Έτσι μετρήθηκε η ποσότητα Η Η σημερινή τιμή της ποσότητας Η (σταθερά του Hubble) είναι η πιο σημαντική παράμετρος της κοσμολογίας. Το αντίστροφό της 1/Η δίνει χονδρικά την ηλικία του σύμπαντος ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

20 Από το φάσμα προκύπτει ταχύτητα απομάκρυνσης (Φαινόμενο Doppler 1842)
Όταν η απόσταση παρατηρητή -πηγής , μεγαλώνει αυτός βλέπει το φως να κοκινιζει. Όταν μικραίνει, το φως μετακινείται στο ιώδες. Στο σύμπαν υπάρχουν τα ίδια άτομα. Παράγονται παντού τα ίδια φάσματα. Ωστόσο μετακινουνται: Γραμμές απορρόφησης φάσματος μακρινού γαλαξία (Δεξιά) και του Ηλίου (αριστερα) ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

21 2. Μέτρηση της απόστασης: Πολύ πιο δύσκολη
2. Μέτρηση της απόστασης: Πολύ πιο δύσκολη! Γίνται με ΠΡΟΤΥΠΟ ΚΕΡΙ- Ένα κερί του οποίου γνωρίζουμε την ισχύ. Από την παρατηρούμενη λαμπρότητα του συνάγουμε πόσο μακριά είναι. ΠΡΟΤΥΠΑ ΚΕΡΙΑ-ΓΑΛAΞΙΕΣ! ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

22 Μέτρηση Μηκών : Πολύ μεγάλες αποστάσεις
Μέτρηση Μηκών : Πολύ μεγάλες αποστάσεις Υπάρχουν Πρότυπα κεριά (γνωστής απόλυτης λαμπρότητας); Ευτυχώς, Ναι! Το καλύτερο είναι οι Υπερκαινοφανείς τύπου Ia: Πριν πάμε σε αυτούς, δύο λόγια για έκρηξη υπερκαινοφανούς (όπως αυτός του 1987) ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

23 Έκρηξη Υπερκαινοφανούς (συνέχεια)
Ένας αστέρας εκρήγνυται και παράγεται λάμψη μεγαλύτερη από όσο ο ήλιος σε όλη του τη ζωή! Τα σωμάτια που συγκροτούν ένα αστέρα ισορροπούν υπό την επίδραση δύο δυνάμεων Της βαρύτητας που τα έλκει προς το κέντρο Τη δύναμη που ασκείται προς τα έξω ως αποτέλεσμα της «καύσης» του υλικού του εσωτερικού του αστέρα (σύντηξη) Όταν τα καύσιμα τελειώσουν ο αστέρας λόγω της βαρύτητας καταρρέει. Η βαρυτική ενέργεια ανυψώνει τη θερμοκρασία στο εσωτερικό του και ακολουθεί μία έκρηξη. Ως αποτέλεσμα εκτινάσσονται προς τα έξω τα σωμάτια του φλοιού και παράγεται ακτινοβολία. Παράγεται σε μικρή διάρκεια μία λάμψη μεγαλύτερη από εκείνη ενός γαλαξία! Νομίζουμε πως «ΕΝΑΣ ΑΣΤΕΡΑΣ ΓΕΝΝΙΕΤΑΙ ΑΠΟΤΟΜΑ!» ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

24 Έκρηξη Υπερκαινοφανούς
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

25 Υπερκαινοφανής Iα: Ένα σύστημα Διδύμων αστέρων.
Ο ένας, ο λευκός νάνος, τρώει τη μάζα του άλλου, του ερυθρού γίγαντα. Η έκρηξη ακολουθεί όταν η μάζα του γίνει μιάμισυ φορά τη μάζα του ηλίου Άρα η ολική ενέγεια είναι γνωστή! ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

26 Κοιτάζοντας μακρυά βλέπουμε πίσω στο χρόνο Δώρο: Αφού μπορούμε να ιδούμε τόσο μακριά, έχουμε μία παλιά εικόνα του ουρανού* Σημερινοί Εξελιγμένοι Γαλαξίες 12 δισ. χρόνια πριν! *Πριν δύο χρόνιαπαρατηρήθηκε Γαλαξίας ηλικίας 13 δισ. ετών ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

27 II. Η πρωταρχική Πυρηνοσύνθεση (Πυρηνοσύνθεση: Gamow 1946 & Bethe (1948)
Το υδρογόνο κυριαρχεί στην ύλη του Σύμπαντος Μόνο 25% περίπου της (συνήθους) μάζας του σύμπαντος είναι ήλιο και πολύ μικρότερο ποσοστό βαρύτερα στοιχεία Στα άστρα μέσω της πυρηνικής σύντηξης το υδρογόνο μετατρέπεται αρχικά σε ήλιο και στη συνέχεια πριν την έκρηξη υπερκαινοφανούς σε άλλα βαρύτερα στοιχεία. Όμως τα άστρα είναι σχετικά νέα. Δεν είχαν το χρόνο να παράγουν τόσο ήλιο. Άρα το περισσότερο ήλιο παράχθηκε πρωταρχικά (Hoyle και Tayler 1964). Συνεπώς κάποτε στο σύμπαν πρέπει να επικρατούσαν συνθήκες ανάλογες εκείνων στο εσωτερικό των άστρων (πολύ υψηλές θερμοκρασίες) Το ήλιο συνθέθηκε όταν το σύμπαν είχε ηλικία 3 λεπτά ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

28 III. Η Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου (ΜΑΥ ή ΒΒΝ)
Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία προερχόμενη από όπου και να κοιτάξει κανείς Ανακαλύφτηκε τυχαία από δύο μηχανικούς (Penzias & Wilson 1965) - Η ύπαρξη της είχε προβλεφτεί (Gamow, 1945). Ποιος τον πίστευε; - Κυρίως ποιος πίστευε ότι η ΜΑΥ είναι ανιχνεύσιμη; Έχει ένταση 10 φορές ισχυρότερη από αυτή του ενδογαλαξιακού φωτός Πρόκειται για ακτινοβολία μέλανος σώματος με χαρακτηριστική θερμοκρασία Τ=2.728 βαθμοί Kelvin ( Κελσίου!) ή μήκος κύματος μικροκυμάτων, <λ>=0.18 cm Χαρακτηρίζεται από μεγάλη ισοτροπεία Η παρατηρούμενη ανισοτροπεία είναι: 1 στις Που όμως έχει τεράστια σημασία ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

29 ΕΞΗΓΗΓΣΗ- Στα πλαίσια της Μεγάλης Εκκρηξης
Όταν το Σύμπαν είχε ηλικία περίπου χρόνια είχε κρυώσει αρκετά Είχε θερμοκρασία 3000 Κelvin  αρκετά χαμηλή ενέργεια (0.25 eV) Τα φωτόνια δεν ήταν πλέον σε θέση να εξιονίσουν το άτομο του υδρογόνου. Τότε σχηματίστηκαν τα πρώτα (ηλεκτρικά ουδέτερα) σταθερά άτομα Το φως (το φωτόνιο) αλληλεπιδρά πολύ πιο ασθενικά με μη φορτισμένα συμάτια. Έτσι τα φωτόνια ακολουθούν ανεπιρρέαστα το μοναχικό τους δρόμο (αποδέσμευση της ακτινοβολίας από την ύλη) Καθώς το σύμπαν διαστέλλεται τα φωτόνια «κρυώνουν» και σήμερα έχουν Τ=3 Κelvin (περίπου) Όμως το φως πριν αποδεσμευτεί κατάφερε να αποτυπώσει την εικόνα του τότε Σύμπαντος! ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

30 Η παλαιότερη φωτογραφία του Σύμπαντος
Επιφάνεια της τελευταίας σκέδασης του φωτός όταν το Σύμπαν ειχε ηλικία χρόνια Πώς βλεπουμε ένα σύννεφο; Βλέπουμε την επιφάνεια του νέφους στην οποία το φως σκεδάστηκε για τελευταία φορά! τώρα ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

31 Οι παλαιότερες φωτογραφίες του Σύμπαντος (από τεχνητούς δορυφόρους):
Planck (2013) WMAP (2005) ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

32 Τι βλέπουμε στη Φωτογραφία WMAP; Μία εικόνα του Σύμπαντος στην ηλικία 400000 χρόνων (συνέχεια)
Διακριτική ικανότητα μία μοίρα γωνίας : δθ=10 Η θερμοκρασία δείχνεται με ακρίβεια εκατομυριοστών του βαθμού. Η ανομοιογένεια είναι μικρή (1 προς ) Ανοιχτότερο χρώμα <--> ζεστότερο <--> πυκνότερο σκοτεινότερο <--> ψυχρότερο <--> αραιότερο Οι τελείες ανοιχτού χρώματος είναι συμπλέγματα γαλαξιών, όσο μεγάλα ήταν τότε! Σήμερα με τη διατολή έχουν μεγαλώσει! ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

33 Πρώιμη ιστορία του Σύμπαντος
Πριν από 1000 δισεκατμυοστα του δευτερολέπτου: Μία σούπα φορτισμένων σωματίων και ακτινοβολίας. Η αντιύλη εξαφανίζεται Ηλικία του σύμπαντος: Από δισεκατομυριοστα μεχρι ένα εκτομυριοστό του δευτερολέπτου: Εκτός από ακτινοβολία υπάρχουν τα κουάρκς και ηλεκτρόνια. Κυρίαρχα: u, d, e, νe Ένα εκατομυριοστό του δευτερολέπτου μέχρι 1 δευτερόλεπτο: Θερμοκρασία δισ βαθμοί. Σχηματίζονται τα πρωτόνια και τα νετρόνια δις περισσότερα φωτόνια από πρωτόνια! Στα 14 δευτροέπτα η θερμοκρασία είναι 1000 εκ. βαθμοί Φάση 1 μέχρι 3 λεπά: Θερμοκρασία γύρω στα 100 εκ. βαθμοί (κατάσταση σαν αυτή στο εσωτερικό του Ηλίου μας). Δημιουργία των πρώτων ελαφρών πυρήνων Ηλικία χρόνια –θερμοκρασία 3000 βαθμοί: Σχηματισμός των πρώτων (ουδετέρων) ατόμων. Αποδέσμευση ακτινοβολίας από την ύλη ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

34 Χονδρική Ιστορία του Σύμπαντος, β’ Φάση: Σχηματισμός γαλαξιών, πρώτων αστέρων, το πλανητικό μας σύστημα, και το μέτρο πάντων άνθρωπος . 1 εκ. έτη: Οι πρώτογαλαξίες 400 εκ. έτη: Τα πρώτα άστρα 1 δις έτη οι πρώτοι γαλαξίες 4.0 δις έτη : Ο σχηματισμός του Ηλίου μας 4.54 δις έτη :Ο σχηματισμός της γης 4 δις έτη (περίπου): Η πρώτη εμφάνιση της ζωής (υγροποίηση των ατμών) Τελευταία φάση: Η εμφάνιση του ανθρώπου: την 11 59’ 52’’ (τώρα είναι 12 00’00’), 10 εκ. χρόνια πριν. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

35 Σύγχρονη καλλιτεχνική αναπαράσταση
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

36 ΠΟΣΟ ΚΑΛΑ ΔΟΥΛΕΥΕΙ ΤΟ ΚΑΘΙΕΡΩΜΕΝΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΩΝ;
Είδαμε ότι: Το σύμπαν συγκροτείται από 4 κύρία σωματία : u, d, e, νe Από τα κουάρκς (u, d) παράγονται τα πρωτόνια και νετρόνια. Από αυτά οι πυρήνες. Αυτοί μαζί με τα ηλεκτρόνια συνθέτουν τα άτομα κοκ Αρκούν αυτά για την κατανόηση του κόσμου; Μέχρι πριν μερικά χρόνια θα λέγαμε όλοι ΝΑΙ! Τα τελευταία όμως χρόνια μάθαμε πως η συνήθης αυτή η ύλη αντιπροσωπεύει ένα πολύ μικρό ποσοστό του σύμπαντος 4%! Το μεγαλύτερο ποσοστό, 96%, είναι άγνωστο «σκοτεινό!» ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

37 Διανομή της πήτας του Σύμπαντος: Το σύμπαν είναι θεοσκότεινο!
Συνηθισμένη ύλη 4% Σκοτεινή Ύλη 22%: Ασκεί βαρυτική έλξη που εξασθενίζει με την απόσταση (όπως και η συνηθισμένη ύλη) Σκοτεινη ενέργεια 74% : Υφίσταται βαρυτκή άπωση που αυξάνει με την απόσταση! ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

38 ΕΝΔΕΙΞΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΠΑΡΞΗ ΤΗΣ ΣΚΟΤΕΙΝΗΣ ΥΛΗΣ
Βαρυτικά Φαινόμενα γύρω από Γαλαξίες Εκτεταμένες περιοχές ενδογαλαξιακών αερίων που παρατηρούνται από την εκπομπή ακτίνων Χ. Από τα χαρακτηριστικά πρόσφατης παρατήρησης ( ) σύγκρουσης δύο Γαλαξιών Κοσμολογικές παρατηρήσεις (Οι πιο πρόσφατες του δορυφόρου PLANCK πριν τρία χρόνια) που επιβεβαίωσαν την ύπαρξή της σκοτεινής ύλης και ανέδειξαν την κυριαρχία της σκοτεινής ενέργειας. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

39 I: Ταχύτητες περιφοράς <->Ζύγιση του Γαλαξία!
Κλίμακα 10 kpc=10000pc=30000 έτη φωτός Έξω από το ορατό Γαλαξία η ταχύτητα περιφοράς δεν πέφτει! ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

40 Υπάρχει κάτι σκοτεινό πέρα από τον φωτεινό γαλαξία ( με κίτρινο)
Υπάρχει κάτι σκοτεινό πέρα από τον φωτεινό γαλαξία ( με κίτρινο)! Διαπιστώνεται από τη βαρυτική δύναμη. Αν το βλέπαμε… ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

41 Μπορούμε «να δούμε» τη σκοτεινή ύλη?
1. Ναι, με βαρυτικό φακό! (πάνω) Βαρυτική καμπύλωση του φωτός Δακτύλιος ομοίων γαλαξιών Είδωλα ενός μόνο κρυπτόμενου γαλαξία 2. Πραγματική φωτογρφία της NASA ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

42 Σύγκρουση σμηνών Γαλαξιών : Ένα εντυπωσιακό γεγονός μετά τη μεγάλη έκρηξη.
Δύο σμήνη γαλαξιών (3.5 δις έτη φωτός από τη Γη) διαπέρασαν το ένα το άλλο και τώρα απέχουν 2 εκ. έτη φωτός. Το σύστημα είναι γνωστό ως 1E ή το σμήνος του βλήματος (Bullet cluster) Τα άστρα και οι γαλαξίες έμειναν σχεδόν άθικτα. (Οι γαλαξίες είναι «κούφιοι», όπως τα άτομα, π.χ. η απόσταση του πιο γειτονικού μας αστέρα είναι 30 εκ. φορές μεγαλύτερη από προς τη διάμετρο του ηλίου). Τα αέρια, το κύριο μέρος της συνήθους ύλης, αναταράχτηκαν πολύ  εκπομπή ακτίνων Χ. Η σκοτεινή ύλη έμεινε εντελώς άθικτη. Ας παρακολουθήσουμε την ιστορία (18/8/06, Chandra & NASA)… ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

43 Οπτικά δυσδιάκριτα σμήνη γαλαξιών
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

44 Ένα σμήνος γαλαξιών (3.5 δις ly)
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

45 Το σμήνος Γαλαξιών: 1E 0657-56 Οπτικό  πορτοκαλί-λευκό; Ακτίνες-X ροδόχρουν
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

46 Σμήνος Γαλαξιών: 1E ; Όλα τα συστατικά : Οπτικά (πορτοκαλί-λευκό), ακτίνες Χ (ροδόχρουν, το βλήμα δεξιά) & με μικροφακό (Μπλε Σκοτεινή Ύλη) ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

47 Προσομοίωση: Σύγκρουση δύο γαλαξιών (3.4 δις έτη φωτός μακριά)
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

48 Σύνοψη: Κοσμολογικές ενδείξεις για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης
Σύνοψη: Κοσμολογικές ενδείξεις για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης Οι τρεις κύριοι λόγοι για την θεωρία της μεγάλης έκρηξης : Η απομάκρυνση των γαλαξιών (μετακίνηση προς το ερυθρό (red shift)) (Hubble 1929) Η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (CMBR – Penzias & Wilson 1964) Η πρωταρχική πυρηνοσύνθεση (BBN, 1946) Όλες φέρουν αποτυπώματα της σκοτεινής ύλης ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

49 Πρωταρχική Πυρηνοσύνθεση
Η σχετική (ως προς το υδρογόνο) αφθονία των στοιχείων στο σύμπαν ως συνάρτηση της πυκνότητας . Αποδεκτή η περιοχή πυκνότητας όπως στην κατακόρυφη ταινία Η πυκνότητα δίνεται α) σε gr cm-3 και β) σε ποσοστό της ύλης στο σύμπαν επί 100x 0.5 (άνω κλίμακα), δηλαδή 2<->0.04 =4% Οι οριζόντιες ταινίες δίνουν το σφαλμα της μετρησης της σχετικής αφθονίας ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

50 Το σκηνικό της Σκοτεινής Ενέργειας
Η συνήθης και η σκοτεινή ύλη δεν αρκούν Χρειάζεται ένα πρόσθετο στοιχείο: Η ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η πιο απλή περίπτωση αυτής είναι η Κοσμολογική Σταθερά Λ εισήχθηκε στη γενική σχετικότητα από τον Einstein Ο σκοπός του ήταν να δώσει Στατικό Σύμπαν: Κλασσικά: (Newton) (Einstein) ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

51 Η γκάφα (;) του Einstein!
Σχεδόν αμέσως ο Eddington έδειξε πως η λύση Einstein είναι ασταθής Λίγο αργότερα οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι το σύμπαν διαστέλλεται Λέγεται ότι Einstein χαρακτηρισε την εισαγωγή της Κοσμολογικής Σταθεράς ως τη “μεγαλύτερη γκάφα της ζωής μου” Την τελευταία εικοσαετία διαπιστώθηκε πώς, αν το έκανε, βιάστηκε! Η κοσμολογική σταθερά ζει και βασιλεύει! Μόνο που δεν σχετίζεται με την πυκνότητα μάζας “a la Einstein” ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

52 Το πώς εξελισσεται το Σύμπαν εξαρτάται από την Καμπυλότητα αυτού!
Κλειστή Γεωμετρία, κ>0  α+β+γ>π Ανοικτή Γεωμετρία, κ<0  α+β+γ<π Επίπεδη (ανοικτή) Γεωμετρία,κ=0  α+β+γ=π ΔΙΑΛΕΞΗ Κέρκυρας /09/15

53 Το Σύμπαν θα διαστέλλεται διαρκώς
Τα δεδομένα ευνοούν επίπεδο Σύμπαν κ=0. Το Σύμπαν αρχικά διαστελλόταν με διαρκώς μειούμενο ρυθμό (κυριαρχία ακτινοβολίας πρώτα και ύλης ύστερα, επειδή ο παράγων κλίμακας a είναι μικρός). Κλασικά υπερισχύει η ελκτική δύναμη: F=-(GN mM)/a2 (Newton) Αργότερα (μεγάλο a) αναμένεται ο ρυθμός διατολής να αυξηθεί καθοσον κλασικά υπερισχύει η απωστική δύναμη: ς σκοτειν F=(1/3) Λ m a (Einstein) ΔΙΑΛΕΞΗ Κέρκυρας /09/15

54 IIa: Η φαινόμενη λαμπρότητα
Συγκρίνουμε την φαινόμενη λαμπρότητα ενός συστήματος σε σχέση με εκείνη πού αναμένουμε σε ένα σύμπαν που διαστέλλεται με σταθερή ταχύτητα («κενό σύμπαν») α) Αν η διαστολή επιβραδύνεται, η λαμπρότητα θα είναι μεγαλύτερη β) Αν διαστολή επιταχύνεται, η λαμπρότητα θα είναι μικρότερη γ) Πρόσφατα βρέθηκε ότι η λαμπρότητα είναι μικρότερη, Βρέθηκε ότι η διαστολή επιταχύνεται! Οδήγησε σε βραβείο Nobel 2011 (Perlmuter, Schmidt,  Riess) ΔΙΑΛΕΞΗ Κέρκυρας /09/15

55 WMAP5 (2005) and Planck (2014) Satellite Maps Λ=Cosmological constant <-> Dark energy
Το φάσμα ισχύος<-> Best fit: WMAP: ΩCDM =0.24±0.02, ΩΛ =0.72±0.04, Ωb =0.042±0.003 PLANCK: ΩCDM =0.24±0.02, ΩΛ =0.69±0.01, Ωb =0.045±0.005 ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

56 Η σκοτεινή ύλη υπάρχει! Ποιαείναι η φύση της? ΑΓΝΩΣΤΟΝ! Όμως:
Η σκοτεινή ύλη υπάρχει! Ποιαείναι η φύση της? ΑΓΝΩΣΤΟΝ! Όμως: Έχει βαρυτική αλληλεπίδραση (Καμπύλες περιφοράς) Θα πρέπει να είναι ηλεκτρικά ουδέτερη (αλλιώτικα θα σχημάτιζε άστρα κλπ) Δεν αλληλεπιδρά ισχυρά (αλλιώτικα θα είχε παρατηρηθεί). Έχει πιθανότατα μία αρκετά ασθενή αλληλεπίδραση. Αυτή εξαρτάται από την υποτιθέμενη θεωρία. Η τελευταία παρέχει τη δυνατότητα άμεσης (εργαστηριακής) παρατήρησης Όμως: Αυτή είναι πολύ δύσκολη (πολύ λίγα γεγονότα). ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

57 Μερικές ιδιότητες των σκοτεινών σωματίων
Έχουν ταχύτητα ≈1000 km το δευτερόλεπτο 1 δις από αυτά περνάνε το δευτερόλεπτο από το σώμα σας. Όμως μην ανησυχείτε! Λιγότερα από δέκα θα προσκρούσουν σε κάποιο πυρήνα του σώματός σας. Αυτός ανακρούει Λόγω της χαμηλής ενέργειας του, E<100 keV, το WIMP δεν μπορεί να διεγείρει τον πυρήνα. Έτσι η μόνη δυνατότητα: να μετρηθεί η ενέργεια του ανακρουομένου πυρήνα. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

58 Η αρχή ανιχνευσης των σκοτεινών σωματίων: Μέρηση τηςενέργειας του ανακρουομένου πυρήνα
Η ενέργεια του ανακρουόμενου πυρήνα μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα να μετατραπεί σε φως να οδηγήσει σε ιονισμό Παρά το εντατικό ψάξιμο, αυτό δεν έχει επιτευχθεί ακόμη ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

59 Το Σύμπαν στην Αρχαία Αίγυπτο
Το Σύμπαν στην Αρχαία Αίγυπτο. Η θεά των ουρανών Nut, υποστηριζόμενη από το θεό του αέρα Shu, καλύπτει το θεό της Γης Geb. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

60 ΤΟ ΣΥΜΠΑΝ ΤΩΝ ΑΡΧΑΙΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ (Ουσιαστικά η Γη, δύο θόλοι και ο κάτω κόσμος, με το κέρβερο.)
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

61 Σύγχρονη καλλιτεχνική αναπαράσταση
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

62 Σύνοψη: Η κοσμολογία έγινε φυσική θεωρία.
Σύνοψη: Η κοσμολογία έγινε φυσική θεωρία. Η κοσμολογία δεν είναι επιστήμη του σαλονιού και της εικασίας. Με τη βοήθεια της φυσικής ξέφυγε από την ανυποληψία. Πληρεί τα κριτήρια του Γαλιλαίου: είναι ένα σύστημα απλό, ωραίο και αυτοσυνεπές που στηρίζεται στην παρατήρηση και το πείραμα. Η σημερινή κοσμολογία, όπως και η Φυσική, έχει περιορισμένους στόχους. Δεν την απασχολούν κυρίως μεταφυσικά ή φιλοσοφικά ερωτήματα. Δεν ισχυρίζεται πώς τέτοια ερωτήματα δεν πρέπει να τίθενται ή ότι δεν είναι σπουδαία. Απλά δεν ανήκουν στη σφαίρα της. Το ερώτημα «τι υπήρχε πριν την μεγάλη έκρηξη» δεν είναι κάτι που έχει νόημα για όποιον πιστεύει στην θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Η κατανόηση του σύμπαντος, ιδιαίτερα των πρώτων βημάτων αυτού, στηρίζεται καίρια στις κατακτήσεις τις σύγχρονης Φυσικής. Η ενοποίηση του πολύ μεγάλου και του πολύ μικρού είναι ίσως ο μεγαλύτερος Θρίαμβος της Φυσικής του 20ου αιώνα. Το Καθιερωμένο Κοσμολογικό Πρότυπο δίνει απαντήσεις σε μια σειρά ερωτημάτων. Φήνει ωστόσο και καποια αναπάντητα. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

63 γ) Μερικά αναπάντητα ερωτήματα.
Υπάρχουν και άλλα σύμπαντα έξω από το δικό μας ορίζοντα; Είναι όντως η λύση για το σύμπαν σε χρόνο t=0 ανώμαλη; Ποια είναι η Φύση της Σκοτεινής ενέργειας; Ποια είναι η Φύση της Σκοτεινής Ύλης; Θα καταστεί δυνατόν να ανιχνευτεί άμεσα η σκοτεινή ύλη; Γιατί έχει την τιμή που έχει η Κοσμολογική Σταθερά; Η τιμή αυτή είναι εξαιρετικά μικρή! Πώς μπορεί η τιμή αυτή να προκύψει από την επικρατούσα Θεωρία της Φυσικής; Είναι η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας η τελική θεωρία; Μήπως αν ενοποιηθεί με την Κβαντική Θεωρία θα έχουμε μία Θεωρία των Πάντων και θα μπορέσουμε να προσπεράσουμε την ανωμαλία; ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

64 Αντί Συμπεράσματος-Προσδοκίες
Πέρα απο την προφανή σημασία της βασικής έρευνας στη διαμόρφωση της σύγχρονης παιδείας ας μην ξεχνάμε: - Ο άνθρωπος δεν ζεί μονο για «άρτον και θεάματα» - Αν λειτουργούσε με αυστηρά οικονομικά κριτήρια δεν θα υπήρχε ο Παρθενώνας ούτε οι Πυραμίδες Έτσι η κατανόηση του πως έγινε, τι είναι και που πάει το Σύμπαν πρέπει να είναι ένας στόχος . Έτσι δικαιολογείται και η κατασκευή δαπανηρών έργων, όπως το LHC του CERN. Επί πλέον είμαι βέβαιος ότι τέτοια έργα θα βάλουν και ένα ωφελιμιστικό λιθαράκι. Η αφηρημένη βασική έρευνα του σήμερα είναι η εφαρμοσμένη του αύριο.δικαιολογήσουν και έτσι το κόστος τους. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

65 Αντί επιλόγου πάνω στα δύσκολα εγχειρήματα (για το σκεπτικιστή)
Αντί επιλόγου πάνω στα δύσκολα εγχειρήματα (για το σκεπτικιστή) Ο λαϊκή σοφία έχει θέση και για τους Δον Κιχότες οραματιστές. Κάποτε α Ναζρεντίν Χόντζα πιάστηκε να χτυπάει τη λίμνη πού ήτανε κοντά στο σπίτι του με ένα τεράστιο κουτάλι. Προφανώς είχε ακουστά ότι έτσι θα γινότανε χρυσάφι. Όταν οι συγχωριανοί του τού υπέδειξαν ειρωνικά πως έχανε την ώρα του, αυτός με μεγάλη σοβαρότητα απάντησε: "Φαντάσου, όμως, να γίνει! Τι πλούτος!" ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

66 ΤΕΛΟΣ ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

67 ΜΙΑ ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ ΣΤΗ ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ
ΜΙΑ ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ ΣΤΗ ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ Βοηθήματα: S. Weinberg, The first three minutes, Basic Books Inc. Publishers, 1976. (Εκλαϊκευμένο) I. Βέργαδος , Σ. Λώλα & Η. Τριανταφυλλόπουλος, Εισαγωγή στα Στοιχειώδη Σωμάτια και Κοσμολογία, Εκδόσεις Συμμετρία , Αθήνα 2015. (Σχετικά απλό. Με πλούσια βιβλιογραφία) Barbara Ryden, Introduction to Cosmology, Addison-Wesley, N.Y (Σύγχρονο, αλλά σχετικά προχωρημένο) J.D. Vergados Cosmology-KAIST, 2014

68 ΣΤΑΔΙΑ ΤΗΣ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑΣ (Συνέχεια)
Η σύγχρονη εποχή: δ) Η Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CMR): Penzias and Wilson (1965) (Πρόβλεψη: Gamow-Alpher-Herman (1945), που αγνοήθηκε) ε) Πειράματα με τεχνικούς δορυφόρους COBE (1992), WMAP (2003,-2006) . Αυτά έδειξαν ότι Η ανισοτροπία της CΜR-Κοσμολογικές Δομές Στο Σύμπαν υπερισχύει η σκοτεινή ύλη (25%). Κυριαρχεί η σκοτεινή ενέργεια (70%) -> Νέα βαρυτική δύναμη (απωστική!), όπως η Κοσμολογική σταθερά του Einstein, με αποτέλεσμα το Σύμπαν όχι απλά διαστέλλεται, αλλά με διαρκώς αυξανόμενο ρυθμό! Στ Νέα πειράματα με μεγαλύτερη ακρίβεια PLANCK (2013): Επιβεβαίωση του WMAP και βελτίωση των παρατηρήσεων--> Τοκαθιερωμένο Κοσμολογικό πρότυπο. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

69 Από το φάσμα προκύπτει ταχύτητα απομάκρυνσης (Φαινόμενο Doppler 1842)
Όταν η απόσταση παρατηρητή -πηγής , μεγαλώνει αυτός βλέπει το φως να κοκινιζει. Όταν μικραίνει, το φως μετακινείται στο ιώδες. Στο σύμπαν υπάρχουν τα ίδια άτομα. Παράγονται παντού τα ίδια φάσματα. Ωστόσο μετακινουνται: Γραμμές απορρόφησης φάσματος μακρινού γαλαξία (Δεξιά) και του Ηλίου (αριστερα) ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

70 Έκρηξη Υπερκαινοφανούς (σχηματικά)
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

71 ΤΟ ΣΥΜΠΑΝ ΤΩΝ ΑΡΧΑΙΩΝ ΒΑΒΥΛΩΝΙΩΝ
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

72 Nasa: Γαλαξίες δις ετων φωτός μακριά
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

73 Is the Universe homogeneous and isotropic
Is the Universe homogeneous and isotropic? In (α’):the galaxy cluster coma at scale of 1000 Mpc, seen are mass concentrations and voids of 50 Mpc (from 2df Galaxy Redshift survey). In (β’): An homogeneous and symmetric universe ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

74 Νόμος του Hubble: υ=Ηα; Η0=(73±3) (km/s)/Mpc. 1/Η0 =(1. 30±0
Νόμος του Hubble: υ=Ηα; Η0=(73±3) (km/s)/Mpc. 1/Η0 =(1.30±0.05)x1010y 1Mpc=106pc. 1pc=3.26ly=3.1x1016m ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

75 Iα) Measurement of the velocity of a galaxy
The universe is expanding! We have a shift of the spectrum towards the red (Doppler effect), no matter where we look! 1+z=λ /λsource , Maximum ever observed z=7 (2009) z=5.6 (HDF-573.0)  λsource=1216A0 , λ=8029Α0 Special relativity:1+z=(1+β)/(1-β) ≈1+β, β=υ/c , υ the receding velocity c=the velocity of light. General relativity: All lengths expand (the scale factor increases). So does the wavelength! 1+z=λ /λsource=a(t)/a(t0 ), a(t) the scale factor ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

76 Ιb) Measurement of distance Prototype cosmic candles (of known absolute luminosity, that is of known emitted power) Ι =L/(4πD2) D=(L/4πΙ) L=Absolute luminosity Ι= Relative luminosity (Power per unit area of the receiver) That is knowledge of L και measurement of Ι defines the the “optical distance" D L depends on the physics of the emitting body ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

77 I: Ταχύτητες περιφοράς <->Ζύγιση του Γαλαξία!
Κλίμακα 10 kpc=10000pc=30000 έτη φωτός Έξω από το ορατό Γαλαξία η ταχύτητα περιφοράς δεν πέφτει! ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

78 Βαρυτικός Μικροφακός-Γεν.Θεωρ.Σχ.- Καμπυλωση φωτός σε πεδίο βαρύτητας
Βαρυτικός Μικροφακός-Γεν.Θεωρ.Σχ.- Καμπυλωση φωτός σε πεδίο βαρύτητας ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

79 Το Σύμπαν του 19ου αιώνα : Ο γαλαξίας μας
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

80 Στοιχεία για το Σύμπαν ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

81 Χονδρική Ιστορία του Σύμπαντος: γ Φάση: Δημιουργία Πυρήνων, Κυριαρχία ακτινοβολίας, Αποδέσμευση των νετρίνων ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

82 Χονδρική Ιστορία του Σύμπαντος: δ Φάση: Σχηματισμός ατόμων, Οι πρώτες δομές, Αποδέσμευση των φωτονίων. ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

83 Πρώιμη ιστορία του Σύμπαντος
α) Φάση 0<t<10-36s: Μία περίεργη σούπα σωματίων (πλάσμα). Κανένα σωμάτιο δεν έχει μάζα. Εν αρχή ήν ενέργεια! . 10-36=0, (Ναι, ο εκθέτης δηλώνει 36 μηδενικά μετά την υποδιαστολή!) β)Φάση 10-36s< t<10-34s: Στάδιο πληθωρισμού. Η ακτίνα του σύμπαντος αυξήθηκε 28 τάξεις μεγέθους (δηλαδή 10…000 με 28 μηδενικά! 1028 σημαίνει 28 φορέςτο 10!) γ) Φάση 10-34s< t<10-12s :Υπερισχύει η ύλη της αντιύλης. Κυριαρχεί η ακτινοβολία (φωτόνια). δ) Φάση 10-12s< t<10-6s: δισεκατομυριοστα μεχρι ένα εκτομυριοστό του δευτερολέπτου. Εμφανίζονται τα κουάρκς και ηλεκτρόνια. Κυρίαρχα: u, d, e, νe ε) Φάση 10-6s< t<1s: Θερμοκρασία δισ βαθμοί. Σχηματίζονται τα πρωτόνια και τα νετρόνια δις περισσότερα φωτόνια από πρωτόνια! Στα 14 δευτροέπτα η θερμοκρασία είναι 1000 εκ. βαθμοί στ) Φάση 60< t<200s: Θερμοκρασία γύρω στα 100 εκ. βαθμοί (κατάσταση σαν αυτή στο εσωτερικό του Ηλίου μας). Δημιουργία των πρώτων ελαφρών πυρήνων ζ) t≈ χρόνια –θερμοκρασία 3000 βαθμοί: Σχηματισμός των πρώτων ατόμων. Αποδέσμευση ακτινοβολίας από την ύλη ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

84 Πρωταρχική Πυρηνοσύνθεση
Η σχετική (ως προς το υδρογόνο) αφθονία των στοιχείων στο σύμπαν . Αποδεκτή η περιοχή στην Κατακόρυφη ταινία Δίνεται : α) ως συνάρτηση του η ( η είναι ο λόγος του αριθμού των πρωτονίων προς τα φωτόνια). β) σε ποσοστό της ήλης στο σύμπαν επί 0.5 (άνω κλίμακα) Άρα το ποσοστό Προκύπτει επί δύο ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

85 The cosmos of the ancient Chinese
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

86 Chinese Cosmos : “Chromodynamics” Astronomy: The most dedicated of the ancients
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

87 Πώς και πότε εγιναν τα συστατικά που περιλαμβάνει το σύμπαν;
Πώς και πότε εγιναν τα συστατικά που περιλαμβάνει το σύμπαν; Τα κύρια δομικά συστατικά που δινει η φυσική σωματιδίων είναι: Το ηλεκτρόνιο και το νετρινο του, χωρίς φορτίο. Δύο φορτισμένα σωματια ύλης, τα κουαρκς u και d Από τα κουαρκς γινονται το πρωτόνιο και το νετρόνιο Από το πρωτόνιο και το νετρόνιο γίνονται οι πυρήνες. Από τους πυρήνες και το ηλεκτρόνιο γίνονται τα άτομα Άτομα->μόρια->κύταρα->βιολογικοί οργανισμοί. Πρωτόνια (και λίγους ελαφρείς πυρήνες)+ηλεκτρόνια-> αστρα-> Πλανητικά συστήματα-> Γαλαξίες-> ομάδες γλαξιών κλπ 1nly=10000 χιλιόμετρα, 1mly=10 δις χιλιόμετρα, 1ly= ένα έτος φωτός=10000 δις χιλόμετρα, 1Μly=1 εκ. έτη φωτός 1Gly=1 δις έτη φωτός ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15

88 Προσομοίωση: Σύγκρουση δύο γαλαξιών (3.4 δις έτη φωτός μακριά)
ΔΙΑΛΕΞΗ ΚΕΡΚΥΡΑΣ /09/15