Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

Kosmisk tid Universums mörka historia Edvard Mörtsell Stockholms Universitet.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "Kosmisk tid Universums mörka historia Edvard Mörtsell Stockholms Universitet."— Presentationens avskrift:

1 Kosmisk tid Universums mörka historia Edvard Mörtsell Stockholms Universitet

2 Kosmisk tid - universums mörka historia 2 Något om mig själv… Docent i teoretisk fysik Lektor i observationell kosmologi vid Stockholms Universitet

3 Kosmisk tid - universums mörka historia 3 Vad är kosmologi? Studiet av Universum som helhet Hur stort är Universum? Vad består Universum av? Hur utvecklas Universum? Hur började allt? Hur slutar det? Vi försöker en skapa en modell av Universum som kan förklara våra observationer

4 Kosmisk tid - universums mörka historia 4 En bild av Universum Hubble Space Telescope Det behövs 4000 bilder för att täcka månen Slutartiden är nästan två veckor Vi ser ungefär gånger längre bort än månen Vi ser år tillbaka i tiden

5 Kosmisk tid - universums mörka historia 5 Matematik Mycket stora och mycket små tal = = = 10 -4

6 Kosmisk tid - universums mörka historia 6 Ljuset håller oss sällskap Ljus består av partiklar som kallas fotoner De färdas med en hastighet av ungefär en miljard kilometer i timmen Det motsvarar åtta varv runt jorden på en sekund

7 Kosmisk tid - universums mörka historia 7 Avstånd och tid Det tar en dryg sekund för ljus från månen att nå oss på jorden

8 Kosmisk tid - universums mörka historia 8 Solljuset tar ungefär 8 minuter på sig Avståndet är åtta ljusminuter

9 Kosmisk tid - universums mörka historia 9 Avståndet till vår närmaste stjärna (förutom solen) är fyra ljusår!

10 Kosmisk tid - universums mörka historia 10 Avståndet till vår närmsta galax, Andromeda, är två miljoner ljusår

11 Kosmisk tid - universums mörka historia 11 Subaru teleskopet (Hawaii) Galaxen på bilden ligger ungefär 13 miljarder ljusår bort

12 Kosmisk tid - universums mörka historia 12 Vi lever på planeten jorden som snurrar runt solen, vår närmsta stjärna

13 Kosmisk tid - universums mörka historia 13 Ett universum av galaxer Solen är en av 100 miljarder stjärnor i vår galax Vintergatan, som är en av 100 miljarder galaxer i (det synliga) Universum

14 Kosmisk tid - universums mörka historia 14 Ett växande Universum Universum är stort, och blir större hela tiden Volymen har fördubblats på tre miljarder år

15 Kosmisk tid - universums mörka historia 15 En modell av Universum 1878: Philipp von Jolly gav en av sina studenter rådet att inte satsa på en karriär inom fysiken eftersom alla viktiga upptäckter redan gjorts Studenten var Max Planck – kvantfysikens grundare 1905: Albert Einstein förklarar fotoelektriska effekten (Nobelpris 1921)

16 Kosmisk tid - universums mörka historia 16 Einsteins Annus Mirabilis år Fotoelektriska effekten Brownsk rörelse Speciella relativitetsteorin Massa är energi (E = mc 2 )

17 Kosmisk tid - universums mörka historia 17 Kosmologi under tidigt 1900-tal Universum = Vintergatan Statiskt 1912: Cepheider och avstånd (Henrietta Swan Leavitt) Gasmoln (nebulosor) 1920: ”The Great Debate” (Shapley vs Curtis) 1925: Andra galaxer (Edwin Hubble) 1929: Galaxer rör sig bort från oss (Slipher/Hubble/Humason)

18 Kosmisk tid - universums mörka historia 18 Galaxerna rör sig Hastigheten = Hubblekonstanten*Avståndet Vesto Slipher Edwin Hubble Hubblekonstanten = 0,1 km/h per ljusår Milton L Humason

19 Kosmisk tid - universums mörka historia 19 Ett växande Universum Hastigheten = Hubblekonstanten*Avståndet

20 Kosmisk tid - universums mörka historia 20 Speciella relativitetsteorin (1905) Galileo Galilei: Mekanikens lagar oberoende av vilken (konstant) hastighet vi har Einstein: Detta gäller alla fysikaliska lagar, därmed är ljushastigheten (c) den samma för alla (alla observatörer ekvivalenta) Rummet och tiden ej absoluta Ju högre hastighet, ju långsammare går tiden Rum-tiden

21 Kosmisk tid - universums mörka historia 21 Rum-tiden En händelse är en viss plats i rummet vid en viss tid Olika personer mäter olika avstånd i rummet och olika tider mellan händelser Alla kan enas om avståndet mellan händelser i rum-tiden Receptet för att beräkna avstånd: metrik

22 Kosmisk tid - universums mörka historia 22 Avstånd i rum-tiden d s 2 = c 2 d t 2 ¡ d r 2 dt = Tidsintervall c = Ljushastigheten dr = Avstånd i rummetds = Avstånd i rum-tiden

23 Kosmisk tid - universums mörka historia 23 Allmänna relativitetsteorin (1916) 1916: Einstein generaliserar relativitetsteorin till att gälla även observatörer som ändrar hastighet Ekvivalensprincipen: Gravitation!

24 Kosmisk tid - universums mörka historia 24 Materia kröker rum-tiden Tiden går långsammare nära tunga objekt En ljusstråle böjer av när den passerar ett tungt objekt

25 Kosmisk tid - universums mörka historia 25 GPS Satelliterna rör sig snabbt: klockor ombord går långsammare Satelliterna har mindre gravitation: klockor ombord går snabbare Nettoeffekt: GPS klockor fortar sig med 38 miljondels sekunder per dygn

26 Kosmisk tid - universums mörka historia 26 En metrik för Universum Skalfaktorn a(t) talar om hur stort Universum är och beror på Universums innehåll Vi kan beräkna hur Universums storlek ändras med tiden om vi vet vad Universum innehåller Vi kan lära oss vad Universum innehåller om vi kan mäta hur Universums storlek ändras med tiden d s 2 = c 2 d t 2 ¡ a ( t ) 2 [ d r 2 + S · ( r ) 2 d ­ 2 ]

27 Kosmisk tid - universums mörka historia 27 Universum: en kort historik Universum blir större och tunnare 13,7 miljarder år tillbaka i tiden: Big Bang Densitet efter sekunder: solar per mm 3

28 Kosmisk tid - universums mörka historia 28 Universum: en kort historik 13,7 miljarder år Solen och jorden skapas 4,5 miljarder år 0 år Homo Sapiens år

29 Kosmisk tid - universums mörka historia 29 Big Bang och strängteori Vi har ingen teori som kan beskriva både gravitation och kvantfysik Vi vet inte vad som händer när densiteten är högre än solar per mm 3

30 Kosmisk tid - universums mörka historia 30 Strukturer formas Gravitationen är en attraktionskraft mellan materia och annan materia Galaxer är resultatet av en universell kapitalism pådriven av gravitationskraften

31 Kosmisk tid - universums mörka historia 31 Hur mycket materia finns det? Fritz Zwicky, 1930-talet Galaxhopen Coma

32 Kosmisk tid - universums mörka historia 32 Mörk materia i galaxer… Vera Rubin, 1970-talet Rotationen hos spiralgalaxer Mängder av mörk materia även i galaxer!

33 Kosmisk tid - universums mörka historia 33 Mörk materia Lite materia; svårt att skapa galaxer Mycket materia; lätt att skapa galaxer Mörk materia behövs för att alla strukturer vi ser ska ha hunnit att bildas Men, vi vet ännu inte vad den mörka materien är!

34 Kosmisk tid - universums mörka historia 34 Gravitationslinser Bekräftar Zwickys och Rubins resultat!

35 Kosmisk tid - universums mörka historia 35

36 Kosmisk tid - universums mörka historia 36 Hubblekonstanten är inte konstant Hubblekonstanten talar om hur snabbt Universum växer Newtons första lag: Om vi inte påverkar ett system förändras inte hastigheterna i systemet Ett tomt universum växer med konstant hastighet Gravitationen från (mörk) materia får expansionshastigheten att avta Hastigheten = Hubblekonstanten*Avståndet

37 Kosmisk tid - universums mörka historia 37 Universums vikt och öde Gravitationen motverkar universums expansion Mängden materia avgör universums öde Lite materia: universum expanderar för evigt Mycket materia: universum börjar dra ihop sig Big Crunch!

38 Kosmisk tid - universums mörka historia 38 Att väga universum Genom att mäta hur storleken ändras med tiden kan vi bestämma universums massa (densitet) Storleken förändras långsamt (miljarder år) Vi kan inte mäta förändringen i storleken direkt (ännu) Vi kan se tillbaka i tiden!

39 Kosmisk tid - universums mörka historia 39 Ljus är inte bara fotoner Ljus kan beskrivas som en våg med en viss våglängd eller frekvens

40 Kosmisk tid - universums mörka historia 40 Rödförskjutning Våglängden på ljuset talar om hur mycket större Universum blivit sedan ljuset lämnade källan Hur länge sedan var det ljuset lämnade källan?

41 Kosmisk tid - universums mörka historia 41 Avstånd = tid Ljuset blir svagare ju längre bort ljuskällan är Stark ljuskälla: synlig på stora avstånd Känd effekt för att kunna beräkna avståndet Supernovor: exploderande stjärnor som ett par veckor lyser som en hel galax (100 miljarder stjärnor)

42 Kosmisk tid - universums mörka historia 42

43 Kosmisk tid - universums mörka historia 43

44 Kosmisk tid - universums mörka historia 44 Acceleration Hur kan expansionen gå snabbare och snabbare (accelerera)? Universum domineras av något med motsatt gravitation I brist på bättre förslag kallar vi det mörk energi Den utgör ungefär 70 % av universums totala massa (densitet)

45 Kosmisk tid - universums mörka historia 45 Universums innehåll Densitet idag: 1 g / (5000 mil) 3

46 Kosmisk tid - universums mörka historia 46 Sammanfattning (så här långt) Vi vet inte hur allt började Universum har växt i 13,7 miljarder år och kommer antagligen fortsätta med det Vanlig materia utgör bara en bråkdel av dess innehåll Nästan 99 % av Universum är av för oss helt okänd natur

47 Kosmisk tid - universums mörka historia 47 Hur stort är Universum? Jättestort Exakt hur stort beror på om vi menar vad vi kan observera eller på hur vår modell ser ut samt vilken tidpunkt vi refererar till Universum 13,7 miljarder år gammalt Vi kan teoretiskt se något som idag befinner sig på ett avstånd av 46,5 miljarder ljusår Praktiskt kan vi ”bara” se 45.5 miljarder ljusår

48 Kosmisk tid - universums mörka historia 48 Universums krökning Universum oändligt stort!

49 Kosmisk tid - universums mörka historia 49 Vår mest avlägsna bild av Universum Mikrovågsbakgrunden

50 Kosmisk tid - universums mörka historia års Nobelpris i Fysik ”för upptäckten av den kosmiska bakgrundsstrålningen” (1965) Arno PenziasRobert Wilson Hornantenn

51 Kosmisk tid - universums mörka historia års Nobelpris i Fysik ”för upptäckten av den kosmiska bakgrundsstrålningens svartkroppsform och anisotropi” (1989, 1992) John Mather George Smoot COBE satelliten

52 Kosmisk tid - universums mörka historia 52 Bakgrundsstrålningens svartkroppsform

53 Kosmisk tid - universums mörka historia 53 Bakgrundsstrålningens anisotropi

54 Kosmisk tid - universums mörka historia 54 Nya mätningar…

55 Kosmisk tid - universums mörka historia 55 Mätningarna bekräftar tidigare resultat!

56 Kosmisk tid - universums mörka historia 56 Sammanfattning Universum är 13.7 miljarder år gammalt Vanlig materia utgör bara en bråkdel av dess innehåll Nästan 99 % av Universum är av för oss helt okänd natur Även om vi ”bara” kan se 45,5 ljusår bort tror vi att Universum är oändligt stort Universum växer med allt större hastighet Vi vet fantastiskt mycket Det är fantastiskt mycket vi inte vet

57 Kosmisk tid - universums mörka historia 57 Epilog Vi försöker fånga partiklarna som utgör den mörka materien Vi försöker se om den mörka energin ändrar egenskaper med tiden Fler och bättre observationer (praktik) Smartare modeller (teori)

58 Bonus! Universums slutgiltiga öde VARNING TILL KÄNSLIGA ÅHÖRARE INNEHÅLLET KAN UPPLEVAS SOM DEPRIMERANDE

59 Kosmisk tid - universums mörka historia 59 Universums slutgiltiga öde Solen växer till en röd jätte och slukar (antagligen) jorden, varefter den förvandlas till först en vit dvärg och därefter en svart dvärg (5 miljarder år) Galaxer kommer längre och längre ifrån varandra och blir mörkare och mörkare allteftersom dess stjärnor dör. Allt som blir kvar är döda stjärnor, planeter och svarta hål (10 30 år)

60 Kosmisk tid - universums mörka historia 60 Universums slutgiltiga öde Om protonen sönderfaller, sönderfaller dessa döda stjärnor och planeter till t.ex. fotoner (10 45 år) Till sist förvandlas även alla svarta hål till fotoner ( år): Big Freeze

61 Kosmisk tid - universums mörka historia 61

62 Kosmisk tid - universums mörka historia 62 Tiden gick saktare förr

63 Kosmisk tid - universums mörka historia 63

64 Kosmisk tid - universums mörka historia 64


Ladda ner ppt "Kosmisk tid Universums mörka historia Edvard Mörtsell Stockholms Universitet."

Liknande presentationer


Google-annonser