25/05/2012II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia.
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25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia
Crescenzo Tortora
L’Universo: cosa c’è dietro?
ITP Zurich
dentro?
II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
Hawking si propone di discutere fenomeni (seppur complicati) evitando di usare formule ed equazioni,
seguendo il suggerimento di chi gli diceva che ogni formula avrebbe avuto un impatto negativo sulle vendite
E= m c2
II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
…tante parole e tanti concetti…
…equazioni e formule…
Fisica
II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
Separazione tra eventi
Glossario (I)
Sistemi di coordinate
Metrica
distanza euclidea
II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
Glossario (II)
Anno luce e parsec
Anno luce = distanza che percorre la luce in un anno
Parsec = 3.26 anni luce
cioè 9500 miliardi di km
II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
• Quanto tempo impiega la luce a viaggiare dalla luna/sole alla terra?
• Come si può misurare la distanza della luna e quindi il suo diametro?
DOMANDA PER VOI
II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
Glossario (III)
KiloX = 103 X = mille XMegaX = 106 X = 1 milione XGigaX = 109 X = 1 miliardo X
Mpc = 1 milione di parsecGyr = 1 miliardo di anni
G è la costante di Gravitazione Universale
c è la velocità della luceII Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
Cosmologiakósmos = ordine + lógos = discorso ordine
Universo
La Cosmologica spiega l’origine e l’evoluzione dell’Universo!
E’ una scienza “composita”:1) Astrofisica2) Astronomia3) Relatività ristretta4) Relatività generale5) Fisica delle particelle6) …….
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Cosmogonia = nascita del cosmo
Mito delle origini, Mito della creazione, Mitologia, Leggende, …….
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2 visioni contrapposte
Visione “astro-filosofica”GreciSistema tolemaio (geocentrico)
Universo immutabile ed eterno
Visione “teo-filosofica”Dottrina ebraica e cristianaSant’Agostino
L’universo ha avuto un inizio
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Le prime fondamentali tappe
1915 – A. Einstein pubblicò il primo articolo sulla Relatività generale
1929 – E. Hubble scoprì che le galassie recedono da noi
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Fisica Newtoniana
(II principio della dinamica)
Legge di gravitazione universale
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Moto di pianeti e comete(3 leggi di Keplero)
Caduta di gravi sulla terra
il perielio dell’orbita di Mercurio
la deviazione della luce per effetto della gravità
Cosa funzionava?
Cosa non funzionava?
azione a distanza della gravità Newtoniana
concetto di tempo e spazio assoluti II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
Relatività Generale
Concetto di forza a distanza
Concetto di tempo e spazio assoluto
Un corpo (attraverso la sua massa) perturba lo spazio-tempo (curvatura dello spazio-tempo), che a sua volta esercita “un’interazione” sugli altri corpi
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Equazioni di campo di Einstein
Geometria dello spazio-tempo(generatore dell’interazione)
Distribuzione di massa(sorgente del campo)
Analogia con altre teorie fisiche
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GeodeticheParticelle di piccola massa si muovono lungo geodetiche, che sono le traiettorie nello spazio-tempo curvo
Senza curvatura (senza gravità) le geodetiche sono retteII Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
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Tizio
Caio
Sempronio
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Le equazioni di Einstein sono molto complicate da risolvere in casi generali.
Attraverso l’assunzione di simmetrie dello spazio-tempo se ne facilita la risoluzione
Principio CosmologicoScelta opportuna del sistema di riferimento
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“Principio” cosmologicoAssunzioneL'universo è omogeneo e isotropo,
su di una scala opportunamente grande.
pochi metricentinaia di metri
Ci sono verifiche osservative dell’isotropia!!! Le vedremo dopo!
Per l’omogeneità ci aiuta il Principio Copernicano II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
Sistema di riferimento
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Metrica dell’Universo
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Geometria piatta
Geometria sferica
Geometria iperbolica
Fattore di scala
Fattore di curvatura
II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
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Equazioni di campo di Einstein
Per avere un Universo statico…
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E. Hubble
velocità distanzaCostante di Hubble
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Come si misurano le distanze di stelle e galassie?
DOMANDA PER VOI
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1-2 Gyr14 GyrII Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
Equazioni di campo di Einstein
“il mio più grande errore”COSTANTE COSMOLOGICA
Per avere un Universo statico…
Ma diciamo che fu “solo” un mezzo errore!
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Evoluzione temporale del fattore di scala
Fluido!!
Metrica spazio-temporale
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Equazioni di Friedmann-Lemaître
Densità del fluido
Pressione del fluido
GEOMETRIA
GEOMETRIA
FLUIDO
FLUIDO
Equazione di stato
Fattore di scalaVelocità
Curvatura
Fattore di scalaVelocità
Curvatura
Accelerazione
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(1922) (1927)
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Equazione del fluido perfetto (analogia con la termodinamica e i gas perfetti)
Fluido??
1) Polvere fredda (particelle non relativistiche)
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2) Radiazione (particelle relativistiche)
II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia
Sep
ara
zion
e t
ra le
gala
ssie
Tempo cosmologico
25/05/2012
Le osservazioni moderneLa radiazione di fondo cosmico
1964 – A. Penzias e R. Wilson scoprono che l’Universo è riempito da una radiazione che ha il suo picco nelle microonde
- Relitto della formazione dell’Universo- Temperatura media di 2.725 kelvin (-270 gradi centigradi)- Su grandi scale è uniforme (principio cosmologico)- Anisotropie che sono un mezzo osservativo potentissimo- L’universo ha una geometria piatta
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Le osservazioni moderneSupernovae Ia1998-1999 – The High-z Supernova Search Team and the Supernova
Cosmology Project scoprono che l’universo ACCELERA!
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II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia
Sep
ara
zion
e t
ra le
gala
ssie
25/05/2012
Decelerazione
Accelerazione
Tempo cosmologico
Forma “strana” di energia con equazione di stato
ENERGIA OSCURA
che esercita un’azione di
antigravitàII Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia
Parametri fondamentali
Curvatura k Fattore di scala Velocità di espansione (costante di Hubble)
Accelerazione Densità
25/05/2012
Tipicamente si considerano 3 fluidi
1) Materia non relativistica
2) Materia relativistica (radiazione)
3) Energia oscura
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Universo piatto
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materia visibile(stelle e gas interstellare)
MATERIA OSCURA
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II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
Materia ed energia oscura non ancora
osservate direttamente
Teorie alternative della gravità
?II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
DARK ENERGY
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DARK MATTER
DC comicsFuturama
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Grazie per l’attenzione
Ma vi chiedo altri 2 minuti………
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Lensing gravitazionale
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Deformazione
Archi
Immagini multiple
Telescopi naturali II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia25/05/2012
“Bello” e potente mezzo per
Masse di galassie e ammassi di galassie
Stima dei parametri cosmologici
Studio di oggetti lontanissimi, magnificati dall’effetto della lente
Evoluzione galattica
Materia oscura
Pianeti extrasolari
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“Testi” da consultare
Introduzione alla cosmologia, F. B. Lucchin
Principles of Physical Cosmology, P.J.E. Peebles (inglese)
Libri divulgativi (ad es. Hawking)
Internet (Google, Wikipedia,….)
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