L ’ origen i el final de la Història

1. L’origen i el finalde la Història Albert Gras i Martí agm@ua.es http://www.agm.cat Departament de Física Aplicada, Universitat d’Alacant Inici i final de tot plegat

2. La història de l’Univers en poques parauleshttp://members.bellatlantic.net/~vze3fs8i/hist/hist.html • ... fossilització, extinció dels dinosaures i dels mamífers, glaciació, manifestació de l’homo sapiens, domesticació dels animals, producció de menjar en excés, civilització, religió, nacions en guerra, creació i destrucció d’imperis, exploració, colonització, revolució, constitució, eleccions, industrialització, proclamació de l’emancipació, producció en massa, urbanització, migració, guerres mundials, extensió del sufragi, depressió, guerra mundial, explosions de fissió, Nacions Unides, exploració espacial – Lluna..., computerització, Organització Mundial de Comerç, terrorisme, expansió d’Internet... • Fluctuació quàntica, inflació, expansió... producció de deuteri i heli... radiació del cos negre... formació de galàxies... combustió de deuteri, fusió d’heli-carboni-oxigen- silici-ferro, implosió, explosió de la supernova, condensació, acumulació cap la formació de planetes, solidificació de la crosta, expulsió dels gasos volàtils, condensació d’aigua, dissociació d’aigua, producció d’ozó, absorció ultraviolada, organismes unicel·lulars fotosintètics, oxidació, mutació, selecció natural, diferenciació cel·lular, reproducció sexual... Inici i final de tot plegat

3. Idees sobre l’Univers Aristòtil • Aristòtil (340 aC) • Terra • una esfera • observant la forma de l’ombra de la Terra durant un eclipsi lunar • diàmetre • 4000 stadia (aproximadament el doble del valor correcte) • Centre de l’Univers • Sol, Lluna, planetes i estels es movien al seu voltant en òrbites circulars • Ptolomeu (100 dC) • proposa el primer model de l’Univers centrat en la Terra • La Creació... no eren teories científiques ... no intentaven explicar l’estructura del món Inici i final de tot plegat

4. Idees sobre l’Univers • Copèrnic, rector polonès, 1473-1543 • Sol: estacionari • Planetes: orbiten el Sol • Ignorat durant un segle! • Fins que els astrònoms van donar suport a la idea: • Johannes Kepler (alemany) i Galileo Galilei (italià) • Galileu (Pisa, 1564 - 1642 ) • Fa servir una eina nova, el telescopi • Descobreix llunes que orbiten Júpiter • (la 1a observació d’alguna cosa que no orbita la Terra) • Estableix que la Terra no és el centre al voltant del qual tot es mou Inici i final de tot plegat

5. Idees sobre l’UniversNewton i la Ciència moderna • Isaac Newton (1687) • Gravitació i el moviment dels planetes • Sol: reconegut com un estel més, de l’Univers • Ciència moderna: capaç de • dir + del que hi posem: fer prediccions • proporcionar coherència i unitat • en fets inconnexos • Construïm models: descripcions matemàtiques simplificades • Hipòtesi: Lleis que governen la Terra valen en tot l’Univers Inici i final de tot plegat

6. L’Univers en 1900 • Consistia en 1 galàxia, la Via Làctia • Era infinitament vell • Era estàtic i immutable 1r: Com és la Via Làctia? Inici i final de tot plegat

7. La Via Làctia • És una galàxia enorme: 200 i 400 milers de milions d’estels disposats en forma de disc amb un bombament central d’uns 12,000 anys-llum de diàmetre que té major concentració d’estels en la direcció de Sagitari. • Del nucli central ixen 6 braços en espiral. • El Sol està situat en un dels braços petits, el braç Local o d’Orió, a 2/3 del centre del disc, uns 28,000 anys-llum. • El diàmetre del disc és d’uns 100,000 anys-llum, té un gruix mitjà de 10,000 anys-llum que augmenta a 30,000 anys-llum en el nucli. Inici i final de tot plegat www.encyclopedia.com/html/section/MilkyWay_SizeandShapeoftheMilkyWay.asp

8. A quina distància està l’estel més proper? Si fem una escala en què 1 Unitat Astronòmica és 1 metre, 1 AU = 1 m • 1 AU = 150,000,000 km • El diàmetre... • del Sol és 10 mm (una boleta) • de la Terra < 0.1 mm (un gra de sorra) • Distància a... • Plutó: 40 m • núvol d’Oort (cometes): 50 km • Pròxima Centauri: 268 km L’Univers és un “espai” enorme! Inici i final de tot plegat

9. L’Univers s’observa... • amb satèl·lits • naus espacials • telescopis • microscopis • acceleradors • computadores • el pensament humà... Inici i final de tot plegat

10. L’Univers: Quan? Com? Per què? • Origen? Forma? Composició? Grandària? Fi? • + fàcil explicar que... • seqüenciació DNA • neurofisiologia • electrònica quàntica • matemàtica pura • ... Inici i final de tot plegat

11. Edwin Hubble (astrònom, EEUU) 1920-30... fa descobriments revolucionaris: • Hi ha altres galàxies fora la Via Làctia • Totes les altres galàxies s’allunyen de nosaltres Corriment sistemàtic cap al roig de la llum de les galàxies • Les glàxies més allunyades s’allunyen més ràpidament L’Univers s’expandeix! Inici i final de tot plegat

12. “Llei de Hubble” Velocitat de recessió (km/s) • Com més lluny, més ràpidament s’allunen de nosaltres Comparació: Via Làctia: 12,000 light-years Ø Vel. rotació Terra s/ Sol: 30 km/s Distància (milions d’anys llum) Inici i final de tot plegat

13. Invertim la fletxa del temps... • L’U s’està expandint... • invertim direcció història (passat) • les dades evidencien... • va emergir d’un estat + menut + dens...? • en algun moment: grandària “0” • Big Bang: començament aparent Inici i final de tot plegat

14. Tot va començar amb una Singularitat La gran mascletà! Inici i final de tot plegat

15. Eco del Big Bang 1940-48, Alpher i Herman (deixebles de Gamow): prediuen (en aplicar lleis de la física a l’U) la radiació romanent del Big Bang)1965, Penzias+Wilson: la descobreixen (Radioenginyers de Bell Labs) • descobreixen accidentalment el camp de radiació còsmica • camp de microones • ve en totes direccions del cel amb la mateixa intensitat • T  2.7 K • “radiació còsmica de fons, de microones” • El descobriment inicia l’estudi seriós del model del BigBang Inici i final de tot plegat

16. COBE (1989) Cosmic Bakground Explorer (NASA) Radiació còsmica: • = intensitat en totes direccions • espectre de radiació pura “tèrmica” (radiació del cos negre) • Mesura l’espectre del cos negre més perfecte mai vist • confirmació sorprenent: l’U va estar en algun moment a centenars de milers de graus Inici i final de tot plegat

17. L’Univers Galàxia en espiral • Illes de llum: galàxies • Mar fred de microones (eco del big bang) • Big bang • fa 15.000.000.000 anys = 15·103·106 anys = 1.5·1010·anys • temps – espai – matèria s’hi van organitzar • Actualment • expansió i refredament lent, rarificació contínua Inici i final de tot plegat

18. La matèria de l’U Inici i final de tot plegat

19. Què s’expandeix? • Ni la Terra ni la Via Làctea • Ni els agregats de milers de galàxies (conglomerats/clusters) • lligats: forces químiques i gravitatòries + fortes que “força expansió” • Només si anem + enllà... • dels enormes conglomerats de milers de galàxies • l’expansió venç l’atracció local gravitatòria Inici i final de tot plegat

20. Expansió? La veïnaAndròmeda... • se’ns acosta • l’atracció gravitatòria de la Via Làctea > que l’efecte de l’expansió universal Inici i final de tot plegat

21. Com més lluny, més ràpidament s’allunyen... Expansió de l’U Analogia... • expansió de l’espai que hi ha entre conglomerats de galàxies (Però les panses no es modifiquen) • No s’està “expandint” cap a una altra cosa • El “pastís” éstot el que hi ha! Inici i final de tot plegat

22. Expansió indefinida? Velocitat d’escapament, vesc • Una pedra llançada • torna • llançada a vesc = 11 km/s • no torna Inici i final de tot plegat

23. Expansió indefinida? • l’U en expansió a vel. crítica de “llançament” v*? • v > v*, expansió sempre creixent • v < v*, expansió s’atura i reverteix ... acabarà en contracció grandària 0 (l’estat en què aparentment tot va començar) • v = v* ... expansió continua per sempre Inici i final de tot plegat

24. Visions de l’Univers Inici i final de tot plegat

25. Big Crush? El gran esclafament? • Un dels grans misteris de l’U • actualment s’expandeix a vel.  v*! • No sabem si v > v* o v < v* no podem predir res a llarg termini Inici i final de tot plegat

26. v ~ v* i vida • Qualsevol U que continga éssers humans ha de tenir v  v* als milers de milions d’anys d’expansió • Problema: la densitat de l’U primitiu ha de tenir un valor EXTREMADAMENT precís, fins la xifra decimal 60!, per tal de tenir l’equilibri que observem ara vinicial >> v* la gravetat mai no origina estels ni els elements que formen éssers vius, PCs... vinicial << v* expansió revertirà en contracció, abans que es formen i esclaten els estels Inici i final de tot plegat

27. Mort d’un estel i inici de vida • Al final de la vida d’un estel • (Sol: a meitat de vida) • Crisi energètica nuclear: període explosiu, canvi ràpid • He  C  Ni o Si, P... (elements són vitals en bioquímica) • Alguns estels esclaten en supernoves • els elements es dispersen per l’espai • acaben en planetes i en persones Inici i final de tot plegat

28. Estels:font de tots els elements... • Base de complexitat, vida... • Tot àtom C cos: originat en un estel • Som pols d’estels! • (O brossa estel·lar ) Inici i final de tot plegat

29. L’U al primer s, minut, any...? • temperatura, densitat, composició química...? • t = 0 • infern de radiació (massa calent: àtoms no sobreviuen) • Minuts • refredament i formació de nuclis (elements lleugers) • Milions d’anys • + fred, formació d’àtoms, molècules simples • Milers de milions d’anys • condensació de matèria en estels i galàxies Inici i final de tot plegat

30. Model actual de l’U • A grans trets: Big bang! • Expansió i refredament • 0.01 s T ~ cent mil milions ºC (1011) • >> que estel + calent • no mantenen units: molècules, àtoms, nuclis • matèria: partícules elementals i llum • partícules: e-, e+ (positró), ν (neutrino) • llum: m = 0, qe = 0 • 1 s T ~ 10 mil milions ºC (1010) Inici i final de tot plegat

31. 3’ T ~ mil milions ºC (109) • suficient per a crear nuclis complexos • a partir de p i n (nucli de D – H-pesat) • principalment: llum, ν, ν (antineutrino) • petites quantitats de materials nuclears i d’electrons • (73% nuclis H, 27% nuclis He) • Continua l’ expansió i refredament i la rarificació Inici i final de tot plegat

32. > centenars de milers d’anys • T freda • electrons s’uneixen a nuclis per fer àtoms (H, He) • Gravitació • gas d’H i He comença a agrupar-se • finalment condensaran en galàxies i estels • Ingredients amb què van iniciar vida els estels • exactament els preparats en els primers 3’ !!! Expansió i refredament Inici i final de tot plegat

33. Línia del temps des del Big Bang Som ací! Inici i final de tot plegat

34. Com comprovem la teoria del Big Bang? • Necessitem informació de les primeres èpoques • L’eina més important en astronomia és que: La velocitat de la llum és finita. Conforme mirem més enllà en l’espai, estem mirant cap enrerre en el temps Inici i final de tot plegat

35. Grans qüestions sobre l’Univers Com de gran és l’Univers? Inimaginablement gran 2. Quina edat té l’Univers? Insondablement vell 3. De què està fet l’Universe? 90% hidrogen, 10% heli 4. Com va començar l’Universe? Amb el Big Bang Com hem arribat on som avui? Expansió i contracció Quina forma té l’Universe? Bona pregunta! Quin destí té l’Univers? Expansió eterna 6. Com sabem tot açò? > 100 anys d’observacions i de càlculs! Inici i final de tot plegat

36. Primers àtoms estables Primers estels, quàsars Via Làctia Sistema solar Formació de vida en la Terra Formes de vida multicel·lulars Formes de vida vertebrada S’escampen les plantes Com de vell és l’U? Si comprimim l’història de l’U en un any, de manera que el Big Bang és a mitja nit de l’1 de gener, i avui en dia és el 31 de desembre... Gener 1, 12:11am Gener 19 Març Agost Setembre Novembre Desembre 17 Desembre 18 Inici i final de tot plegat

37. Des. 24 Des. 29 Des. 31, 1:33 pm 11:54 pm 11:59:20 pm 11:59:50 pm 11:59:59 pm Com de vell és l’U? 9. Primers dinossaures 10. Darrers dinossaures 11. Primers homínids 12. Primer homo sapiens 13. S’inventa l’agricultura 14. Piràmids egípcies 15. Es troba Amèrica Les nostres vides són un parpelleig el gran esquema de les coses… Inici i final de tot plegat

38. 1a part: l’origen2a part: el fi De les dades a les especulacions... Inici i final de tot plegat

39. The end... De la Terra Del Sol De l’Univers Dels humans... El final de l’Univers: els darrers 3’ Conjectures sobre el destí final de l’Univers Inici i final de tot plegat

40. El final de la Terra Inici i final de tot plegat

41. Col·lisió contra la Terra • Abans o després algun cometa xocarà contra la Terra • la Lluna n’és prova • Uns 10.000 objectes d’un 0.5 km de diàmetre, originats en les vores del sistema solar, es mouen en òrbites que tallen la Terra. • Molts d’aquestos objectes poden fer més mal que totes les bombes nuclears del món juntes. • Només és qüestió de temps i xocarà: • seran males notícies per a les persones, s’interromprà abruptament l’espècie • però per a la Terra és un fet rutinari. Inici i final de tot plegat

42. Impactes • Observem impactes de cometes o asteriods sobre la Terra cada pocs milions d’anys. • Van acabar amb els dinosauris fa < 65 milions d’anys. • La propera vegada podríem ser nosaltres. • Tanmateix, la Terra ha sigut un lloc hospitalari a la vida al menys 3500 milions d’anys. • El secret del nostre èxit sobre el planeta Terra: hi ha molt d’espai a l’Univers Inici i final de tot plegat

43. Col·lisions còsmiques rares! • Amb tot aquest espai, les col·lisions còsmiques són rares amb: • asteroids i cometes • també podrien creuar-se núvols gegantins de gas, o altres planetes, estels de neutrons, nanes marrons, forats negres... • Una altra possibilitat • alguns astrònoms creuen que el Sol pot ser part d’un sistema d’estels binaris (o dobles), com tants altres estels de la galàxia. • L’estel company, “Nemesis” o Estel de la mort, és massa feble i llunyà per veure’l. Encara no s’ha descobert. • Però per la seua influència gravitacional pot enviar-nos cometes devastadors. • Els geòlegs han trobat que hi ha destrucció ecològica periòdicament, cada 30 milions d’anys. Inici i final de tot plegat

44. El final del Sol Inici i final de tot plegat

45. Combustible d’un estel • La calor d’un estel és per reaccions nuclears • En alguns milers de milions d’anys el combustible nuclear d’un estel s’esgota, i la pressió perd contra la gravetat • El nostre Sol està a meitat de la seua vida, ja du 5 mil milions d’anys Inici i final de tot plegat

46. Esclats d’estels • Des dels 1950 sabem que els estels poden esclatar • Estels: boles de gas mantingudes juntes per la gravetat • No col·lapsen: • l’atracció es compensa per la pressió del gas comprimit a l’interior Inici i final de tot plegat

47. “Sols grans” • El destí d’un estel més gran que el Sol: • per exemple 10 masses solars: • cremen l’H més ràpidament (perquè són més brillants i irradien més llum) • i el pes extra comprimeix més encara el gas interior i augmenta el ritme de reaccions nuclears • En cremar H es forma He, que fon per donar C, O, Ne...Fe Inici i final de tot plegat

48. Ferro i explosió • Fe: marca la cadena de combustible nuclear • té un nucli molt estable i costa més energia cremar-lo que la que dóna • Quan el centre de Fe de l’estel ja no pot donar calor • no pot suportar el propi pes i es contrau: s’esclafen els àtoms! Ona de xoc per l’U • Centre de l’estel (uns 200 km de diàmetre) compressió brusca: • les capes externes esclaten violentament • envien una ona de xoc per l’U, i un doll de neutrinos • En pocs dies l’estel brilla com 1010 Sols • i en unes setmanes s’apaga • En la V. Làctia: 2-3 supernoves/segle • Xinesos i àrabs: n’observaren(1054, constel·lació Càncer) Inici i final de tot plegat

49. Núvol de gas • Supernova de 1987: • (Ara: aquell estel és un núvol de gas expandint-se) • /cm2 de la Terra (a 170 mil anys llum) el travessaren 100 mil milions de neutrinos • Es detectaren 19 desintegracions de protons Formació de planetes i d’estels • Les deixalles d’aquesta explosió permeten la formació de planetes i estels nous • Els materials del nostre cos són cendres d’estels morts molt abans que el Sol nasquès Inici i final de tot plegat

50. Final del Sol • El Sol no pot esclatar con una supernova: • és massa petit • El Sol crema H i fa He • que queda a l’interior del Sol i és inert, en termes de reaccions nuclears: • totes ocorren en la superfície • La V Làctia podria contenir milers de milions de cadàvers estelars! Inici i final de tot plegat