[C [ Z.. 1 ]

Podobne dokumenty
Spróbujmy więc poznać bliŝej wielkoskalową strukturę oraz ewolucję WSZECHŚWIATA

Polecam - The Dark Universe by R. Kolb (Wykłady w CERN (2008))

Oddziaływanie podstawowe rodzaj oddziaływania występującego w przyrodzie i nie dającego sprowadzić się do innych oddziaływań.

10.V Polecam - The Dark Universe by R. Kolb (Wykłady w CERN (2008))

Dr Tomasz Płazak. CIEMNA ENERGIA DOMINUJĄCA WSZECHŚWIAT (Nagroda Nobla 2011)

Ekspansja Wszechświata

Zderzenie galaktyki Andromedy z Drogą Mleczną

Wszechświat: spis inwentarza. Typy obiektów Rozmieszczenie w przestrzeni Symetrie

Z czego i jak zbudowany jest Wszechświat? Jak powstał? Jak się zmienia?

GRAWITACJA I ELEMENTY ASTRONOMII

Podstawy astrofizyki i astronomii

Kosmologia. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład IX. Prawo Hubbla

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Ciemna strona wszechświata

Liceum dla Dorosłych semestr 1 FIZYKA MAŁGORZATA OLĘDZKA

Kosmologia. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład VIII. Prawo Hubbla

Astronomia na egzaminie maturalnym. Część 2

PROJEKT KOSMOLOGIA PROJEKT KOSMOLOGIA. Aleksander Gendarz Mateusz Łukasik Paweł Stolorz

OPIS MODUŁ KSZTAŁCENIA (SYLABUS)

- mity, teorie, eksperymenty

Astronomia. Znając przyspieszenie grawitacyjne planety (ciała), obliczyć możemy ciężar ciała drugiego.

Spis treści. Przedmowa PRZESTRZEŃ I CZAS W FIZYCE NEWTONOWSKIEJ ORAZ SZCZEGÓLNEJ TEORII. 1 Grawitacja 3. 2 Geometria jako fizyka 14

A. Odrzywołek. Dziura w Statycznym Wszechświecie Einsteina

INAUGURACJA ROKU AKADEMICKIEGO 2006/2007 WYDZIAŁ MATEMATYCZNO FIZYCZNY UNIWERSYTETU SZCZECIŃSKIEGO

Soczewki grawitacyjne narzędziem Kosmologii

[C [ Z.. 2 ]

WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO UZYSKANIA POSZCZEGÓLNYCH OCEN ŚRÓROCZNYCH I ROCZNYCH FIZYKA - ZAKRES PODSTAWOWY KLASA I

Uniwersytet Mikołaja Kopernika Toruń 6 XII 2013 W POSZUKIWANIU ŚLADÓW NASZYCH PRAPOCZĄTKÓW

NIEPRZEWIDYWALNY WSZECHŚWIAT

OPIS MODUŁ KSZTAŁCENIA (SYLABUS)

Kosmologia. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład X. Prawo Hubbla

Metody badania kosmosu

Galaktyka. Rysunek: Pas Drogi Mlecznej

FIZYKA KLASA I LO LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCEGO wymagania edukacyjne

CZAS I PRZESTRZEŃ EINSTEINA. Szczególna teoria względności. Spotkanie II ( marzec/kwiecień, 2013)

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Ciemna Strona Wszechświata

Wszechświat czastek elementarnych

Szczegółowe wymagania edukacyjne na poszczególne oceny śródroczne i roczne z przedmiotu: FIZYKA. Nauczyciel przedmiotu: Marzena Kozłowska

Historia Wszechświata w (dużym) skrócie. Agnieszka Pollo Instytut Problemów Jądrowych Warszawa Obserwatorium Astronomiczne UJ Kraków

fizyka w zakresie podstawowym

ASTRONOMIA Klasa Ia Rok szkolny 2012/2013

Efekt Dopplera. dr inż. Romuald Kędzierski

LVII Olimpiada Astronomiczna 2013/2014 Zadania zawodów III stopnia

Od Einsteina i Hubble'a do promieniowania reliktowego

Skąd wiemy, że Wszechświat się rozszerza? Zmierz sam stałą Hubble'a!!!

Wszechświat na wyciągnięcie ręki

FIZYKA IV etap edukacyjny zakres podstawowy

Wymagania edukacyjne z fizyki zakres podstawowy. Grawitacja

WSZECHŚWIAT = KOSMOS

Co ma wspólnego czarna dziura i woda w szklance?

fizyka w zakresie podstawowym

VI. CELE OPERACYJNE, CZYLI PLAN WYNIKOWY

PROGRAM NAUCZANIA Z FIZYKI SZKOŁA PONADGIMNAZJALNA ZAKRES PODSTATOWY

Rozmycie pasma spektralnego

Szczegółowe wymagania z fizyki w klasie I L.O. Wymagania konieczne i podstawowe- ocena dopuszczająca i dostateczna

Dział: 7. Światło i jego rola w przyrodzie.

Ewolucja Wszechświata

Gimnazjum klasy I-III

Ciemna strona wszechświata

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

III PROGRAM STUDIÓW. 1) Liczba punktów ECTS konieczna do uzyskania kwalifikacji: 120 2) Liczba semestrów: 4 3) Opis poszczególnych modułów kształcenia

mgr Roman Rusin nauczyciel fizyki w Zespole Szkół Ponadgimnazjalnych Nr 1 w Kwidzynie

WCZORAJ, DZIŚ I JUTRO WSZECHŚWIATA. Prof. US dr hab. Mariusz P. Dąbrowski WYDZIAŁ MATEMATYCZNO FIZYCZNY UNIWERSYTETU SZCZECIŃSKIEGO

Modele i teorie w kosmologii współczesnej przykładem efektywnego wyjaśniania w nauce

FIZYKA KLASA I LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCEGO

Spełnienie wymagań poziomu oznacza, że uczeń ponadto:

Geometria Struny Kosmicznej

ROZKŁAD MATERIAŁU Z FIZYKI - ZAKRES PODSTAWOWY

Odległość mierzy się zerami

MODEL WIELKIEGO WYBUCHU

Efekt Dopplera Dla Światła

Podróż do początków Wszechświata: czyli czym zajmujemy się w laboratorium CERN

Elementy kosmologii. D. Kiełczewska, wykład 15

Fizyka - klasa I (mat.-fiz) Wymagania edukacyjne

Lutowe niebo. Wszechświat Kopernika, De revolutinibus, 1566 r.

Fizyka zakres podstawow y

Krystalografia. Wykład VIII

Analiza spektralna widma gwiezdnego

Projekt okładki i stron tytułowych: Marta Kurczewska. Copryright 2005 by Wydawnictwo Naukowe Scholar Sp. z o.o., Warszawa

41P6 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - V POZIOM PODSTAWOWY

Rozciągłe obiekty astronomiczne

oraz Początek i kres

Opis założonych osiągnięć ucznia Fizyka zakres podstawowy:

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI ROK SZKOLNY 2018 / 2019 ZAKRES PODSTAWOWY - KLASA I. dostateczna) Uczeń potrafi to, co na ocenę dopuszczającą.

Fizyka - wymagania edukacyjne klasa III LO

Czasoprzestrzenie sferycznie symetryczne: jednorodna Robertsona-Walkera i niejednorodna Lemaitre a-tolmana-bondiego

Szczegółowe wymagania edukacyjne z fizyki do nowej podstawy programowej.

jest rozwiązaniem równania jednorodnego oraz dla pewnego to jest toŝsamościowo równe zeru.

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Wpływ wyników misji Planck na obraz Wszechświata

Wymagania programowe z fizyki na poszczególne oceny

CELE OPERACYJNE, CZYLI PLAN WYNIKOWY

Na ocenę dostateczną uczeń potrafi:

Wirtualny Hogwart im. Syriusza Croucha

Wymagania edukacyjne z fizyki dla klas pierwszych

1 Maków Podhalański r. Wymagania edukacyjne z fizyki - kurs podstawowy - rok szkolny 2016/ dla klasy I technikum

ASTRONOMIA i FIZYKA stosunki doskonałe, czy raczej stulecia wzajemnych, coraz bardziej kłopotliwych pytań? 1

Teoria Wielkiego Wybuchu FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

PRZED STWORZENIEM WSZECHŚWIATA ROZWAŻANIA NA GRANICY TEOLOGII I FIZYKI

3. Model Kosmosu A. Einsteina

UWAGI NA MARGINESIE PEWNEJ KSIĄŻKI

Transkrypt:

[CZ. 1]

ZALEDWIE OD STU LAT WIEMY O ISTNIENIU WE WSZECHŚWIECIE WIECIE WIELKICH STRUKTUR (SKUPISK MATERII) ZWANYCH GALAKTYKAMI. ODLEGŁOŚCI MIĘDZYGALAKTYCZNE WYRAśA A SIĘ W WIELU MILIONACH LAT ŚWIETLNYCH

Spróbujmy więc poznać bliŝej wielkoskalową strukturę oraz ewolucję WSZECHŚWIATA tak jak je dziś postrzegamy. Zajmuje się tym KOSMOLOGIA.

Kosmologia zajmuje się strukturą i ewolucją Wszechświata jako całości. ci. Jest to dziedzina interdyscyplinarna na pograniczu astronomii, fizyki, matematyki a takŝe e filozofii.

Podstawowe pytania, na które kosmologia miała a dać odpowiedź: Czy Wszechświat jest przestrzennie skończony czy nieskończony? Czy Wszechświat jest skończony czy nieskończony w czasie (czy miał jakiś początek i czy będzie b jakiś koniec jego trwania)? Czy Wszechświat jako całość jest statyczny (niezmienny) czy teŝ podlega jakiejś ewolucji?

PRÓBY ODPOWIEDZI NA POPRZEDNIE PYTANIA FORMUŁOWANE W JĘZYKU FIZYKI NEWTONOWS- KIEJ PROWADZIŁY DO RÓśNYCH PARADOKSÓW. Np. jeśli Wszechświat zajmuje skończony obszar przestrzeni to: (a) dlaczego cała a materia (wszystkie gwiazdy) z tego skończonego Wszechświata nie spadną przyciągni gnięte grawitacyjnie na jego centrum (środek( masy), (b) co jest tam dalej za tym obszarem? A co jest tutaj na zewnątrz? WSZECHŚWIAT WIAT

PRÓBY ODPOWIEDZI NA POPRZEDNIE PYTANIA FORMUŁOWANE W JĘZYKU FIZYKI NEWTONOWS- KIEJ PROWADZIŁY DO RÓśNYCH PARADOKSÓW. Np. jeśli Wszechświat zajmuje skończony obszar przestrzeni to: (a) dlaczego cała a materia (wszystkie gwiazdy) z tego skończonego Wszechświata nie spadną przyciągni gnięte grawitacyjnie na jego centrum (środek( masy), (b) co jest tam dalej za tym obszarem? A co jest tutaj na zewnątrz? WSZECHŚWIAT WIAT TUTAJ JEST PIEKŁO O DLA TYCH CO ZADAJĄ TAKIE GŁUPIE G PYTANIA!!!

PRÓBY ODPOWIEDZI NA POPRZEDNIE PYTANIA FORMUŁOWANE W JĘZYKU FIZYKI NEWTONOWS- KIEJ PROWADZIŁY DO RÓśNYCH PARADOKSÓW. Jeśli zaś Wszechświat jest przestrzennie nieskończony to dlaczego, mimo nieskończonej liczby gwiazd nocne niebo jest ciemne zamiast świecić jak powierzchnia gwiazdy?

WIELE INFORMACJI O OBIEKTACH KOSMICZNYCH DOSTARCZA ANALIZA ICH WIDM, ZWŁASZCZA LINIE ABSORPCYJNE PIERWIASTKÓW. W.

CHARAKTERYSTYCZNE LINIE WIDMOWE WODORU TZW. SERIA BALMERA. KAśDY PIERWIASTEK MA CHARAKTERYSTYCZNY DLA SIEBIE ZBIÓR LINII WIDMOWYCH O DOBRZE ZNANYCH DŁUGOD UGOŚCIACH FALI ZA POMOCĄ SPEKTROGRAFU WSPÓŁPRACUJĄCEGO Z TELESKOPEM ROBI SIĘ WIDMA OBIEKTÓW KOSMICZNYCH I IDENTYFIKUJE W NICH LINIE WIDMOWE PIERWIASTKÓW. (PRZYKŁADOWE WIDMO GWIAZDY)

HISTORII CIĄG DALSZY 1916-17 EINSTEIN FORMUŁUJE SWOJĄ OGÓLNĄ TEORIĘ WZGLĘDNOŚCI I NA JEJ BAZIE PIERWSZY - TZW. STATYCZNY MODEL KOSMOLOGICZNY. 1922 FRIEDMAN ZNAJDUJE DYNAMICZNE (DOPUSZCZAJĄCE EKSPANSJĘ) ROZWIĄZA- NIA KOSMOLOGICZNE. EINSTEIN POCZĄTKOWO TRAKTUJE Z NIE- CHĘCIĄ WYNIK FRIEDMANA.

ODKRYCIE HUBBLE A A (1929) Hubble zauwaŝył, Ŝe e linie widmowe pierwiastków w w widmach galaktyk sąs przesunięte względem laboratoryjnych długości fali w stronę fal dłuŝszych. d Wielkość tego przesunięcia ( redshift( redshift ) definiujemy: z : = λ obs λ λ lab lab = λ Okazało się ono wprost proporcjonalne do odległości r do badanej galaktyki λ lab

ODKRYCIE HUBBLE A (c.d.) Przesunięcie to zinterpretowano jako efekt Dopplera czyli jako oddalanie się galaktyk od nas. Dla małych przesunięć (z<0.15) stosować moŝna nie relatywistyczny wzór Dopplera: z = λ λ Przy większych wartościach przesunięć naleŝy stosować pełny relatywistyczny wzór: z = vr 1 + c v 1 c 2 2 1 lab = v c

ODKRYCIE HUBBLE A (c.d.) Przesunięcie to zinterpretowano jako efekt Dopplera czyli jako oddalanie się galaktyk od nas. Ch. Doppler

ILUSTRACJA PRZESUNIĘCIA LINII ABSORPCYJNYCH W WIDMACH ODDALAJĄCYCH SIĘ OBIEKTÓW Z = 0.25 Z = 0.05 Z = 0.02 Z < 0.0001

REZULTAT PRACY HUBBLE A (1929) E. Hubble Dane obserwacyjne Hubble a były mało dokładne a rezultat miał charakter bardziej jakościowy niŝ ilościowy.

E. HUBBLE SFORMUŁOWA OWAŁ SWOJE SŁYNNE S PRAWO KOSMOLOGICZNEJ EKSPANSJI W 1929r : GALAKTYKI ODDALAJĄ SIĘ WZAJEMNIE OD SIEBIE Z PRĘDKO DKOŚCIĄ V GPROPORCJONALNĄ DO ODLEGŁOŚCI d MIĘDZY NIMI, CZYLI: v = H*d współczynnik proporcjonalności H nazwano stałą Hubble a Jak zobaczymy później, p wielkość H nie jest stała a lecz zmienia się w kosmologicznej skali czasu czyli H = H(t)). PRAWO HUBBLE A WEDŁUG DZISIEJSZYCH PDANYCH OBSERWACYJNYCH

PRAWO HUBBLE A A [c.d.] Z formuły Hubble a V = H*r wynika, Ŝe e parametr H = V/r ma wymiar [(m/s)/m] = [1/s]. W takim razie odwrotność parametru Hubble a - 1/H ma wymiar czasu [s] i jest co do rzędu wielkości równa wiekowi Wszechświata wiata. Według obecnych danych obserwacyjnych wartość parametru H pozwala oszacować wiek Wszechświata na ok. 14 (+/-1) mld.. lat.

PRAWO HUBBLE A [c.d.] Odległość r(t) między dwoma punktami (galaktykami) we PRAWO Wszechświecie HUBBLE A moŝna zapisać A r(t) [c.d.] = rˆ R(t) gdzie rˆ = 1 to wektor jednostkowy zaś R(t) to tzw. mnoŝnik nik skalujący. r(t) = rˆ R(t)

PRAWO HUBBLE A [c.d.] Odległość r(t) między dwoma punktami (galaktykami) we PRAWO Wszechświecie HUBBLE A moŝna zapisać A r(t) [c.d.] = rˆ R(t) gdzie rˆ = 1 to wektor jednostkowy zaś R(t) to tzw. mnoŝnik nik skalujący. Po czasie t odległość zwiększy się na skutek ekspansji i będzie: b r'(t + t) = rˆ R(t + r(t) = rˆ R(t) t) r

PRAWO HUBBLE A [c.d.] Odległość r(t) między dwoma punktami (galaktykami) we PRAWO Wszechświecie HUBBLE A moŝna zapisać A r(t) [c.d.] = rˆ R(t) gdzie rˆ = 1 to wektor jednostkowy zaś R(t) to tzw. mnoŝnik nik skalujący. r' r r(t) = rˆ R(t) R(t + t) R' = = r(t) = rˆ R(t) R(t) R Po czasie t odległość zwiększy się na skutek ekspansji i będzie: b r'(t + t) = rˆ R(t + t) Napiszmy proporcję: r' r = R(t + t) R(t) = R' R r' = r r R(t + t) R(t)

PRAWO HUBBLE A A [c.d.] Zmiana odległości między obiektami: r = r' r = r R(t + t) R(t) R(t) = r zaś tempo wzajemnego oddalania się V = r t = 1 R R t r R R Porównuj wnując c z obserwacyjnie otrzymanym prawem V = H*r widać, Ŝe e tzw. stała Hubble a jest jednak H(t) = 1 R(t) R t funkcją czasu

PODSTAWOWE RÓWNANIE R KOSMOLOGII OPISUJE ONO MOśLIWE LOSY EKSPANSJI KOSMOLOGICZNEJ CZYLI WIELKOŚĆ H 2 ŚĆ R(t). 8πGρ 3 = kc R 2 2 (*) H(t) = 1 R(t) R t gdzie k = 0 lub +1 lub -11 w zaleŝno ności od znaku lewej strony równania. r PRZEBIEG EKSPANSJI ZALEśY Y OD: ŚREDNIEJ GĘSTOG STOŚCI MATERII WE WSZECHŚWIECIE; WIECIE; WARTOŚCI PARAMETRU HUBBLE A H(t) ). PIERWSZE DYNAMICZNE ROZWIĄZANIA ZANIA KOSMOLOGICZNE ZOSTAŁY Y ZNALEZIONE PRZEZ FRIEDMANA.

MODELE KOSMOLOGICZNE Z równania r (*) widać, Ŝe e przebieg funkcji R(t) zaleŝy y od średniej gęstog stości materii we Wszechświecie - ρ.. Istnieje wartość krytyczna - ρ = ρ c przy której lewa strona równania (*) równa się zero (przypadek k = 0). Stąd ρ c = ρ > ρ c 8πGρ H 2 = 3 Pozostałe e dwie moŝliwo liwości to (k = +1) oraz (k = -1). ρ < ρ c 3H 2 8πG 0 Graficzne przedstawienie zaleŝno ności R(t) na następnym slajdzie.

MODELE KOSMOLOGICZNE FRIEDMANA TRZY MOśLIWE PRZYSZŁE E LOSY WSZECHŚWIATA WIATA I EKSPANSJI KOSMOLOGICZNEJ

MODELE KOSMOLOGICZNE a globalna geometria Wszechświata [1] ρ = ρ c ρ > ρc ρ < ρc

MODELE KOSMOLOGICZNE a globalna geometria Wszechświata [2] R(t) k = -1 R(t) t k = 0 R(t) t k = +1 t

MODELE KOSMOLOGICZNE -WNIOSKI Obserwowana ekspansja kosmologiczna wygląda tak samo z kaŝdego miejsca we Wszechświecie. Nie znajdujemy się w Ŝadnym wyróŝnionym punkcie (środku),( od którego inne galaktyki oddalają się (zasada kosmologiczna). Ekspansja kosmologiczna nie polega na ruchu galaktyk w przestrzeni. Jest ona raczej rozdymaniem się samej przes- trzeni i na skutek tego rozdymania zwiększaj kszają się wzajemne odległości między galaktykami. (uwaga - same galaktyki, gwiazdy, planety itp.. nie rozdymają się na skutek tej ekspansji).

MODELE KOSMOLOGICZNE -WNIOSKI [c.d] Ekspansja Wszechświata miała a swój j początek w czasie. Nazwano ten moment (niezbyt fortunnie) Wielkim Wybuchem. Tzw. Wielki Wybuch nie zaszedł w jakimś konkretnym miejscu istniejącej wcześniej przestrzeni. Wielki Wybuch niejako generuje powstanie samej przestrzeni i czasu a takŝe e materii wypełniaj niającej przestrzeń oraz inicjuje ekspansję kosmologiczną.

Skoro kosmologiczna ekspansja miała początek przed ok. 14 mld. Lat to spróbuj buj- my w wyobraźni puści cić ten film wstecz i prześledzi ledzić (według dzisiejszej wiedzy) wczesne etapy ewolucji Wszechświata. BĘDZIE TO TEMATEM DRUGIEJ CZĘŚ ĘŚCI NASZYCH ROZWAśAŃ.

J. SIKORSKI, IFD UNIWERSYTET GDAŃSKI