Λέανδρος Περιβολαρόπουλος Καθηγητής Παν/μίου Ιωαννίνων

Open page Λέανδρος Περιβολαρόπουλος http://leandros.physics.uoi.gr Καθηγητής Παν/μίου Ιωαννίνων Αρχείο παρουσίασης διαθέσιμο μέσω του συνδέσμου: https://dl.dropbox.com/u/20653799/talks/eie.ppt

Κλίμακες της Φύσης Βασικά Ερωτήματα Κοσμολογίας Ορισμός Κοσμολογίας Βασική Θεωρία Κοσμικές Παρατηρήσεις: Κοσμικό Υπόβαθρο Ακτινοβολίας Σκοτεινή Ύλη Διαστολή Σύμπαντος Νόμος Hubble Επιταχυνόμενη Διαστολή Κοσμολογική Σταθερά Συστατικά του Σύμπαντος - Σύνοψη

Απόσταση Γαλαξιών Απόσταση Αστέρων Ηλιακό Σύστημα Γή Κύτταρα Άτομα Πρωτόνιαquarks 10 m 22 10 m ~ 1Mpc 16 13 10 m 7 10 m 5 10 m 11 10 m 16 10 m Αστροφυσική Βιολογία Πυρηνική Φυσική Κοσμολογία Γεωλογία- Φυσική Περιβάλλοντος Φυσική Στερεάς- Ατομική Μοριακή Φυσική Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων Γνωστοί Φυσικοί Νόμοι: Νέες Εφαρμογές Σύνορα της Γνώσης: Νέοι Φυσικοί Νόμοι (Nobels)

Ποια είναι τα συστατικά του Σύμπαντος? Υπήρξε Αρχή στον Χώρο και στον Χρόνο? Γιατί το Σύμπαν είναι Ομογενές και Ισοτροπικό σε μεγάλες κλίμακες? Θα υπάρξει Τέλος στην ύπαρξη του Σύμπαντος? Τι προκάλεσε την δημιουργία Δομών στο Σύμπαν? Πως δημιουργήθηκαν οι πυρήνες των ελαφρών στοιχείων από τα πρωτογενή πρωτόνια? Γιατί ο Χώρος σε μεγάλες κλίμακες διαστέλλεται? Γιατί η διαστολή αυτή επιταχύνεται αντί να επιβραδύνεται από την βαρυτική έλξη μεταξύ των κοσμικών σωμάτων?

Τι είναι Κοσμολογία ; Σύγχρονη Κοσμολογία: Ο τομέας της Φυσικής που έχει σαν στόχο την κατανόηση της Εξέλιξης και της Δημιουργίας του Σύμπαντος στα πλαίσια Φυσικών Νόμων. Φυσική Υψηλών Ενεργειών Κοσμικές Παρατηρήσεις Γενική Σχετικότητα Σύγχρονη Κοσμολογία Στατιστική Φυσική Δημιουργία Δομών Σκοτεινή Υλη Ισοτροπία- Ομογένεια Διαστολή Σύμπαντος

Βασική Θεωρία Ομογένεια Ισοτροπία Διαστολή Hubble Γενική Σχετικότητα Θεωρία Μεγάλης Εκρηξης Ομογενής Ακτινοβολία Μικροκυμάτων Υλη: Ιδανικό Ρευστό Δημιουργία Ελαφρών Στοιχείων

Κοσμικές Παρατηρήσεις Ι: Κοσμικό Υπόβαθρο Μικροκυμάτων Προέλευση Υποβάθρου Μίκροκυμάτων: Αποσύζευξη φωτονίων μετά την δημιουργία ατόμων Ισοτροπία και Ομοιογένεια Nobel: 1978 (Penzias and Wilson), 2006 (Mather and Smoot) Δορυφόρος COBE T O(1) T T T T T 10 3 10 5 Φάσμα Μέλανος Σώματος

Κοσμικές Παρατηρήσεις ΙΙ: Σκοτεινή Ύλη v Στο Σύμπαν υπάρχουν μεγάλες ποσότητες ύλης που δεν ακτινοβολεί σε κανένα μήκος κύματος ούτε απορροφά ακτινοβολία Υπάρχει μη ορατή ύλη ανιχνεύσιμη μόνο από βαρυτική αλληλεπίδραση Αναμενόμενη Καμπύλη αν δεν υπήρχε Σκοτεινή Υλη Μετρήσεις Κινηματικής: Τουλάχιστον 90% της ύλης του Σύμπαντος είναι Σκοτείνη Υλη άγνωστης μορφής. v v( r) 2 M r r

Κοσμικές Παρατηρήσεις: Ο χάρτης των κοσμικών διαταραχών από τον δορυφόρο WMAP Η δημιουργία δομών στο Σύμπαν προήλθε από τις πρωτογενείς διαταραχές που φαίνονται στο Κοσμικό Υπόβαθρο Μικροκυμάτων

Ομοιότητα με Διαστελόμενο Μπαλόνι: Περιγραφή Διαστολής Χώρου: Ο παράγοντας διαστολής α(t) Ποσοτική Περιγραφή Διαστολής: Φυσική Συντεταγμένη Απόσταση rt () rt ( 0) r( t) a( t) r( t ) 0 Παράγοντας Διαστολής (γεωμετρία)

Ο παράγοντας διαστολής α(t) και η ερυθρά μετατόπιση ~ at ~ a t 0 0 a t 0 0 1 d c t t 0 a t z t Νόμος Hubble (z<<1): Φωτόνια από μακρινότερους γαλαξίες έχουν μεγαλύτερη ερυθρά μετατόπιση c z H d 0

~ at Νόμος Hubble (1929): To Σύμπαν Διατέλλεται ~ a t 0 0

Η παρατηρούμενη εξέλιξη του α(t) a(t) Ανακάλυψη 1998 (SCP, HzSST) Nobel: 2011 (Perlmutter, Schmidt, Riess) Επιταχυνόμενο Σύμπαν Επιβραδυνόμενο Σύμπαν 0 t 0 t t 0 Επιβραδυνόμενη διαστολή λόγω ελκτικής βαρύτητας ύλης Επιταχυνόμενη διαστολή λόγω???

Γιατί η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται?

Κοσμολογική Σταθερά: Η απλούστερη προσέγγιση Einstein (1915) Γενική Σχετικότητα: G μν = κ T μν Επιτάχυνση παράγοντα διαστολής Κοσμολογική Σταθερά + Ύλη: GM r L r 3 G mn - L g mn = k T F r rˆ mn 2 κοσμική άπωση (p Λ =-ρ Λ c 2 ) a 4 G 3p 2 a 3 c 2 η χρονική παράγωγος 2 a 4 G 3pm 4 G 3Lc 4 G 3pm 4 G m 2 L 2 m 2 2L a 3 c 3 c 3 c 3

Τα συστατικά του σύμπαντος Βαρέα στοιχεία 0.03% Νετρίνα 0.3% Αστέρες 0.5% Σκοτεινή Ύλη 25% Σκοτεινή Ενέργεια 70% Ελεύθερο Υδρογόνο και Ήλιο 4%

Σύνοψη Η Σύγχρονη Κοσμολογία είναι ένας από τους δύο θεμελιώδεις τομείς της φυσικής που ερευνούν στα όρια της ανθρώπινης γνώσης και στοχεύουν στην ανακάλυψη νέων θεμελιωδών νόμων της Φύσης Η ανακάλυψη της επιταχυνόμενης διαστολής του Σύμπαντος το 1998 ανέτρεψε ριζικά την κατανόηση μας σχετικά με το ενεργειακό περιεχόμενο του Σύμπαντος και ίσως ανατρέψει και την κατανόηση που έχουμε για τους νόμους που διέπουν την βαρυτική αλληλεπίδραση.

Βιβλιογραφία A. Liddle: An Introduction to Modern Cosmology, Willey 2003 B. Ryden: Introduction to Cosmology, Ad. Wesley 2003 S. Dodelson: Modern Cosmology, Willey 2003 Μάθημα: Βαρύτητα και Κοσμολογία Διδάσκων: Λ. Περιβολαρόπουλος (διαλέξεις στο e-course) http://ecourse.uoi.gr/course/view.php?id=47

Κοσμικές Παρατηρήσεις ΙΙ: Σκοτεινή Ύλη v Στο Σύμπαν υπάρχουν μεγάλες ποσότητες ύλης που δεν ακτινοβολεί σε κανένα μήκος κύματος GM 2 () r 2 2 v M ( r) ~ v r v ~ M 2 r r r Παρατηρήσεις: v( r) M( r) r Υπάρχει μή ορατή ύλη Μετρήσεις Κινηματικής: Τουλάχιστον 90% της ύλης του Σύμπαντος είναι Σκοτείνη Υλη άγνωστης μορφής. v( r) 2 M r Αναμενόμενη Καμπύλη αν δεν υπήρχε Σκοτεινή Υλη