1 / 27

KOSMOLOGIA

KOSMOLOGIA. oppi maailmankaikkeuden synnystä ja rakenteesta varhaisen maailmankaikkeuden (alkuräjähdyksen) tutkimusta suhteellisuusteoria kohtaa kvanttifysiikan. Einstein 1917: yleinen suhteellisuusteoria sovellettuna maailmankaikkeuteen. [ avaruuden käyristyminen] = [massa & energia].

joelle-miller
Download Presentation

KOSMOLOGIA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. KOSMOLOGIA • oppi maailmankaikkeuden synnystä ja rakenteesta • varhaisen maailmankaikkeuden (alkuräjähdyksen) tutkimusta • suhteellisuusteoria kohtaa kvanttifysiikan

  2. Einstein 1917: yleinen suhteellisuusteoria sovellettuna maailmankaikkeuteen [ avaruuden käyristyminen] = [massa & energia] universumin kohtalo riippuu sen ainesisällöstä Aurinko ca 1900: Kapteyn’s universe = Linnunrata 30 000 vv

  3. - oletetaan: aine kuin pölyä, keskimäärin yhtä paljon kaikkialla … • suhteellisuusteorian ratkaisut: avaruus ei voi olla • staattinen! R riippuu ajasta: - kasvaa tai pienenee R ”universumi” = pinta R suljettu geometria avoin geometria

  4. Einstein: hmm … Linnunrata ei laajene … Ergo: avaruus on romahtamassa kasaan, mutta tyhjiössä on energiaa, joka puskee vastaan kosmologinen vakio from Wheeler: A Journey into Spacetime ”flat universe” = tasainen maailmankaikkeus

  5. Edwin Hubble kefeidit • 1923-24: Andromedan ’tähtisumu’ on Linnunradan • kaltainen galaksi • 1929: galaksien spektriviivat siirtyneet punaiseen • päin sitä enemmän, mitä kauempana ne ovat punasiirtymä ~ nopeus Hubblen laki AVARUUS LAAJENEE

  6. http://www.mso.anu.edu.au/2dFGRS/

  7. AVARUUDEN MITTASUHTEET 100 miljardia tähteä 30 000 vv 4.3 vv  Kentauri Aurinko 100 000 vv Linnunrata Linnunrata Andromedan galaksi Galakseja on miljardeja! 2 miljoonaa vv Magellanin pilvet 150 000 vv

  8. näkyvä universumi 13.7 miljardia vv

  9. laajeneva avaruus • avaruus ei laajene johonkin tyhjään tilaan • etäisyydet venyvät (mittana fotonin kulkema matka)

  10. vetovoima sitoo tehokkaammin kuin mitä avaruuden laajeneminen erottaisi galaksi • atomit, Aurinkokunta tai Linnunrata ei veny • joten mittakepitkään eivät veny

  11. matka, jonka valo on ehtinyt kulkea Emme näe koko maailmankaikkeutta horisontti

  12. Jos avaruus nyt laajenee, on sen menneisyydessä täytynyt olla pienempi … kaarevuus R aine = galaksipölyä aine puristuu kasaan nyt aika

  13. Mitä tapahtuu kun ainetta puristetaan? lämpötila nousee … MITÄ ON LÄMPÖTILA? lämpötila = hiukkasten keskimääräinen kineettinen energia esim. huoneilma: ilmamolekyylin nopeus ~ 450 m/s

  14. ydinaine 1012 kg/cm3 1013 astetta ennen pitkää kaikki kaasuuntuu … kaasu esim ilma 0.001 g/cm3 neste esim vesi 1 g/cm3 10 g/cm3 plasma tiheys ~ lämpötila; 1000o…

  15. protonit kvarkit neutronit kvarkkigluoniplasma 1018 astetta …

  16. kaarevuus R galaksipölyä kuumaa kaasua nyt aika menneisyydessä aina singulariteetti jossa R  0! kaarevuussäde nolla  etäisyydet = nolla! Big Bang

  17. aika ja avaruus alkavat alkuräjähdyksestä R aika-avaruus: aika ja avaruus kytköksissä avaruus suhteellisuusteorian mukaan kysymys ”Mitä oli ennen alkuräjähdystä?” on yhtä mieletön kuin kysyä mitä on poh- joisnavasta pohjoiseen

  18. - alkuräjähdys ei tapahtunut missään erityisessä paikassa • se tapahtui kaikkialla yhtä aikaa … • … etäisyydet  0, jotenalussa kaikki aine oli pakkautuneena • hyvin tiheään ja kuumaan tilaan matemaattisesti 1 piste tähän ei kannata juuttua … Onko suhteellisuusteoria voimassa kun aika  0?

  19. historiaa • Lemaitre 1927: ”alkuatomi” (vrt. radioaktiivisuus) • Gamow et al 1946-1948: kuuma alkuräjähdys • Penzias & Wilson 1965: kosmisen mikroaaltotaustan havaitseminen (sattumalta) • COBE-satelliitti 1992: mikroaaltotaustan lämpötila-vaihtelut

  20. 10-43 s Planckin aika alkusingulariteetti laajenee kosminen inflaatio 10-35 s valoa nopeampi laajeneminen sähköheikko faasimuutos 10-11 s alkeishiukkaset saavat massansa 10-5 s QCD faasimuutos kvarkit sitoutuvat protoneiksi 1 s atomiytimien synty alkaa aineen valtakausi 380 000 v mikroaaltotausta syntyy 13.7 mrd v kevät 2004

  21. Big Bang  aineen synty kts. esim. Weinberg: 3 ensimmäistä minuuttia atomin ytimet syntyvät törmäysprosesseissa kuumassa, laajenevassa alkuplasmassa suuri määrä, tunnetaan laboratoriokokeista

  22. NUKLEOSYNTEESI < 1 s plasma koostuu protoneista, neutroneista, fotoneista, elektroneista, positroneista 1 s neutronit alkavat hajota elektronit ja positronit tuhoavat toisensa, pieni ylimäärä elektroneja jää jäljelle 5 s 100 s protonit ja neutronit alkavat kombinoitua ytimiksi, neutro- nien hajoaminen loppuu 3 min suurin osa protoneista ja neutroneista päätyy heliumiksi ja vedyksi heliumia 24%, vetyä lähes 76%, loput deuteriumia, tritiumia, litiumia 1.5 t … ja näin on havaittu

  23. kosminen mikroaaltotausta = 3 K mikroaaltosäteily 3 K = -270 C  tulee hyvin tarkkaan samanlaisena avaruuden jokaisesta suunnasta  ”jäännössäteilyä” alkuräjähdyksestä  400 fotonia kuutiometrissä NYKYKOSMOLOGIAN ROSETTAN KIVI

  24. 13.7 mrd valovuotta 380 000 vuotta alkuräjähdyksestä

More Related